Вещаем на смартфоны для атмосферных условий

9 революционных персональных сенсоров, которые следят за экологической обстановкой вокруг вас

С помощью таких персональных сенсоров можно изменить способ сбора данных, а также их анализ. В ближайшем будущем можно представить ситуацию, когда каждый человек может носить такие сенсоры, давая возможность видеть данные в реальном времени, например, температуру, уровень углекислого газа или токсичных веществ в воздухе.

Данные, которые собирают датчики окружающей среды на станциях мониторинга, не дают полной картины для тех, кто живет рядом с шоссе или промышленным объектом. Имея конкретную информацию в реальном времени, можно не только помочь людям, страдающим астмой, избегать зон с повышенным загрязнением, но и получить более полную картину причин, по которым происходит загрязнение, чтобы принять меры для предотвращения ситуаций в будущем.

Speck

Speck был разработан Университетом Карнеги-Меллона и позволяет измерять уровень загрязняющих веществ в воздухе, которые могут вызвать проблемы с дыханием, например, астматический приступ.

Sensordrone

Sensordrone, запущенный с помощью успешной кампании Kickstarter, является инструментом, который может измерить несколько параметров окружающей среды, в том числе состав воздуха, температуру, влажность, и вывести на экран смартфона.

Пользователь запускает конкретное приложение для измерения параметра, но при этом нет необходимости изменять конфигурацию: синхронизируя устройство с приложением в вашем смартфоне, нужно выбрать только ту информацию, которую нужно получить.

Lapka Environmental Monitor

Данный сенсор подключается к смартфону и его цель – предоставить пользователям возможность перенести отношение к окружающему их миру на абсолютно новый уровень.

Если пользователь хочет узнать, насколько органической является его еда, то необходимо воткнуть стальную насадку в сырой фрукт или овощ. Сенсор улавливает параметры электрической проводимости, которые соответствуют относительной концентрации нитрат-ионов, оставшихся после применения азотных удобрений.

Sensaris

Компания разрабатывает целую линейку датчиков и мобильных приложений, с помощью которых можно получать данные с датчика. С помощью одного из таких датчиков можно измерить качество воздуха и получить данные на своем смартфоне через Bluetooth.

Air Quality Egg

Еще одна из технологий, которая произвела фурор на Kickstarter, – Air Quality Egg. Это устройство является датчиком для дома, который собирает показания с очень высоким разрешением концентраций NO 2 и СО.

Устройство состоит из системы зондирования и базовой станции. Система зондирования размещается снаружи дома и передает данные на базовую станцию, откуда они загружаются на платформу AirQualityEgg, которая представляет собой картографический сервис с метками таких датчиков и их данными. Такая карта помогает узнать информацию о качестве воздуха в вашем городе, регионе или стране.

PressureNet

PressureNet является приложением для Android, которое позволяет измерять атмосферное давление и предоставляет эти данные ученым. Приложение использует атмосферные сенсоры, которые есть уже во многих Android-смартфонах.

IGeigie

Разработанный после катастрофы в городе Фукусима (Япония) iGeigie является портативным счетчиком Гейгера, который соединяется с мобильным устройством. Позвонив по телефону, пользователи могут прослушать клики, которые указывают, какой уровень радиации в этом районе.

CubeSensors

Небольшие портативные сенсоры CubeSensors позволяют измерять температуру, влажность, качество воздуха, давление, уровень шума и многое другое. Если потрясти такой сенсор, то он начнет светиться определенным цветом, который указывает на уровень загрязнения окружающей среды, а также есть мобильные приложения, к которым можно подключить такой кубик.

The Smart Citizen Kit

The Smart Citizen Kit – это платформа с открытым исходным кодом, которая состоит из трех технологических слоев: аппаратное устройство, сайт и API, а также мобильное приложение. С помощью устройства можно измерять звук, температуру, содержание углекислого газа и влажность. В 2013 году проект собрал $68 000 на Kickstarter.

Система контроля качества воздуха

По мере усложнения автомобилей в них начинают появляться системы, которые, на первый взгляд, являются совершенно ненужными. Например, контроля качества воздуха. Хоть многие автолюбители расходятся во мнениях касательно этой системы, от нее все же есть польза. Особенна велика польза в больших городах с сильно загрязненным воздухом, а также в тех случаях, когда часто приходится ездить по тоннелям, стоять в «пробках» и следовать позади грузового транспорта. Система контроля салонного воздуха, которую начал продвигать концерн Volvo еще в 1998, получила название IAQS. Сейчас доработанные (или даже упрощенные) варианты система используют многие европейские концерны. Давайте разберемся, что это такое, какова эффективность и с какими неисправностями сталкиваются водители, имеющие автомобиль с IAQS-системой или ей подобной.

Потребительские датчики качества воздуха

Все чаще люди используют недорогие датчики качества воздуха для измерения параметров загрязнения. Можно ли доверять показаниям приборов?

Датчики потребительского класса еще не так надежны, как датчики лабораторного класса. Для того чтобы они стали более надежными и точными, требуется больше исследований. В этой статье рассматриваются преимущества и проблемы аппаратов и то, что вы можете узнать из них сегодня.

Как это работает

Основной задачей упомянутой системы является создание наиболее оптимального микроклимата в салоне автомобиля. По факту, это улучшенный вариант климат-контроля , но у него есть некоторые особенности, о которых мы вскоре расскажем. Пока что выделим основные задачи системы контроля качества воздуха:

• Определение состава воздуха в салоне и подводимого воздуха;
• Своевременной включение продувки салона;
• Контроль и поддержание температуры, влажности и т.д.

Главным элементом такой системы, как читатель наверняка догадался, является фильтр салонного воздуха. Основой хорошего фильтра является активированный уголь, хотя часто встречаются расходники, в которых воздух проходит через обычный волоконный фильтрующий элемент, который просто задерживает мелкие частицы. И вот здесь проявляется интересная особенность системы контроля качества салонного воздуха. Если фильтр справляется со своей задачей недостаточно хорошо, система реагирует на ненормальное изменение состава подводимого воздуха и переходит в режим рециркуляции . В этом режиме в салон не поступает воздух с улицы – очищается только тот воздух, что уже был подведен и находится в салоне. Для определения состава воздуха система нуждается в нескольких элементах:

• Датчик загрязнения/датчик качества воздуха. Анализирует не только состав как салонного, так и приточного воздуха;
• Блок управления. По сути, «мозг» системы, который обрабатывает сигналы от датчика и подает управляющие сигналы.

Особенно интересен датчик загрязнения, иначе называемый датчиком качества воздуха. Он фиксирует вредные примеси и определяет их примерную долю в подводимом/циркулирующем воздухе. Различают два вида вредных примесей/газов: восстановительные , окислительные . Примером первых является оксид азота. Вторых примесей больше и они не менее вредны: простые углеводороды, оксиды углерода и азота, пары топлива. В зависимости от концентрации примесей датчик, расположенный в районе воздухозаборника, подает сигнал электронному блоку управления системы климат-контроля. Важный момент: IAQS и подобные системы не имеют собственных блоков управления. Если датчик регистрирует присутствие в подводимом воздухе восстановительных и/или окислительных газов, происходит следующее:

• Сигнал подается главному автомобильному блоку управления;
• Блок дает сигнал электроприводу заслонки рециркуляции;
• Заслонка перекрывается и IAQS переходит в режим рециркуляции.

Режим рециркуляции может активироваться как в условиях критически высокой концентрации вредных веществ, так и при одновременном включении стеклоомывателей и дворников. Также переход в данный режим происходит при движении транспортного средства задним ходом . Рециркуляция может быть полной или частичной. При любых условиях рециркуляции осуществляется не более 10 минут. Корректировка времени осуществляется с учетом таких параметров:

• Использование стеклоочистителя;
• Работа системы кондиционирования;
• Температура атмосферного воздуха.

Проблемы недорогих датчиков PM

Многие датчики твердых частиц (PM) являются фотометрами. Это означает, что они оценивают количество PM в воздухе на основе того, сколько света от лазера или светодиода блокируется или рассеивается, когда этот свет проводят через воздух. Есть много факторов, которые могут вмешиваться в эти процессы, такие как:

• Различные виды твердых частиц могут рассеивать свет по-разному в зависимости от их размера, формы и цвета. Например, частицы более темного цвета будут рассеивать меньше света, чем частицы более светлого цвета. Калибровка по этим факторам необходима для высокоточных оценок.
• Некоторые очень маленькие PM могут быть пропущены светом, прошедшим через воздух.
• Некоторые PM настолько велики, что они могут не попасть в камеру датчика.
• Частицы пыли сами по себе могут накапливаться на устройстве с течением времени и блокировать датчик. Одним из способов может быть очистка сжатым воздухом.
• Источник света LED или лазер из-за временного затемнения могут дать неточную информацию для оценки.
• Датчик нуждается в разумном количестве воздуха, проходящего в его камеру обнаружения и выходящего из нее, чтобы произвести надежные оценки уровней загрязнения, поскольку они изменяются с течением времени. Если он находится в месте, где поток воздуха заблокирован или существенно уменьшен, то возможна недооценка концентрации частиц.
• Влажность и температура могут сильно повлиять на показания приборов. Например, если вы принесете датчик рядом с душем, он будет «чувствовать» много твердых частиц в воздухе, но на самом деле он обнаруживает водяной пар.

Какие виды загрязняющих веществ измеряются датчиками качества воздуха?

Независимо от того, проводите ли вы измерения внутри или снаружи, существуют две основные категории загрязнения, которые могут контролировать потребительские датчики: 1) твердые частицы и/или 2) газы. Это две категории, которые могут контролировать большинство аппаратов.

Твердые частицы (PM)

Твердые частицы (PM) представляют собой смесь твердых частиц и капель жидкости. Некоторые из них можно увидеть невооруженным глазом (например, видимая пыль), в то время как другие настолько малы, что вам понадобится микроскоп. Существует две основные фракции размера PM, вызывающие озабоченность. Это PM10 (PM с размером до 10 микрон) и PM2.5 (размер до 2,5 микрон).

Средний человеческий волос составляет 70 микрон в диаметре. Что, примерно, в 30 раз больше самого большого диаметра PM2.5. Размер важен. Это достаточно мало, чтобы быть вдыхаемым глубоко в ваши легкие, где возможно проникновение в кровоток.

Многие газообразные загрязнители могут быть найдены как снаружи, так и внутри. При сжигании топлива, будь то на городской фабрике, в вашей газовой плите, печи или в вашем автомобиле, образуются такие газы, как окись углерода (CO) и двуокись азота (NO2).

В дополнение к CO и NO2 , некоторые портативные датчики пытаются измерить летучие органические соединения (ЛОС), которые являются воздушно-капельными химикатами. Например, вы можете столкнуться с ЛОС после удаления газов из некоторых продуктов или при использовании чистящих спреев.

Что показывает датчик загрязнения воздуха?

Проверка качества атмосферы необходима в помещениях и на улице — она показывает, насколько характеристики соответствуют безопасным условиям для здоровья животных и растений. В процессе изучения используются датчики загрязнения воздуха, реагирующие на разные типы патогенных веществ.

Проблемы портативных газовых датчиков

Мониторы, которые показывают концентрацию таких газов, как CO и NO2, как правило, стоят дорого.

Портативные датчики ЛОС являются менее дорогими, но имеют ограничения из-за сложности, необходимой для измерения концентрации газа. Некоторые датчики ЛОС потребительского класса не очень чувствительны. Ограничения включают в себя:

• Как правило, портативный датчик Лос не будет измерять один конкретный ЛОС. Вместо этого он, скорее всего, будет измерять общую смесь нескольких ЛОС (называемых Тлос). Если это так, то датчик может варьировать свою реакцию на различные типы летучих органических соединений. Например, он может увеличить оценку одного соединения по сравнению с другим, возможно, на значительный коэффициент. Тогда итоговое значение может быть завышено. Это становится очень важным, потому что некоторые Лос более опасны, чем другие. Если вы видите высокое значение Тлос для менее опасных ЛОС, это может быть менее опасно, чем низкое значение Тлос для более опасных ЛОС.
• Загрязнение от других газов может дать вам неточные данные. Например, если вы измеряете ЛОС, датчик может обнаружить другие газы, такие как CO и NO2, не сообщая вам об этом.
• Газовые датчики должны регулярно калиброваться для поддержания их надежности. В противном случае их измерения могут “дрейфовать” и со временем становиться менее точными.
• Температура и влажность должны контролироваться или калиброваться при использовании газового датчика, иначе это может повлиять на показания прибора.

Лучшие датчики качества воздуха

Plume Labs Flow — один из лучших измерителей качества воздуха, предназначен как для домашних, так и для уличных условий. Прибор способен измерять сразу несколько видов загрязнителей:

• Воздушные органические соединения;
• Твердые вещества;
• Диоксид азота.

Устройство оборудовано батареей, выдерживающей до 24 часов автономной работы. Для осуществления проверки загрязнения стоит нажать всего на одну кнопку, после чего светодиодные индикаторы обеспечат обратную связь. Также есть возможность для соединения прибора со своим смартфоном. Благодаря этому пользователь может тщательно прослеживать динамику загрязнения в жилище на протяжения дня.

• Простое управление;
• Длительный срок автономной работы.

Kaiterra Lazer Egg

Kaiterra Lazer Egg — мощный прибор, измеряющий не только уровень загрязнения воздуха, а также температуру, мелкую пыль и влажность. Девайс мониторит воздух и отображает показатель качества на маленьком цветном экране. Приятный бонус — поддержка приема прогноза погоды. Приложение Kaiterra сотрудничает с мобильными устройствами, однако минус в том, что поддерживаются только iOS устройства. В системе имеется возможность просмотра исторических графиков по проверке воздуха.

• Широкий выбор функций;
• Цветной монитор;
• Показатели прогноза погоды.

Nest Protect — серьёзное устройство, служащее не только в качестве измерителя качества воздуха, но также и в роли сигнализирующее прибора. Суть в том, что устройство способно определять частицы дыма или угарного воздуха в квартире и сообщать об этом домовладельцу. Перед сигнальной тревогой в приборе производится голосовое предупреждение. Также возможна отправка предупредительного сообщения на мобильное устройство (в случае синхронизации). Приятно и то, что устройство предупреждает пользователя о низком уровне заряда батареи. Nest Protect можно использовать как автономно, так и подключенным к сети (устройство выдает зелёное свечение).

• Возможность определения дыма и углекислого газа;
• Относительно низкая стоимость — 9000 рублей;
• Наличие системы сигнализации.

Awair Second Edition — мощный прибор, измеряющий уровень пыли, химических веществ, углекислого газа, относительной влажности и температуры. Примечательно и то, что в составе корпуса прибора содержатся экологически чистые материалы.

Суть работы устройства простая — на экране находится шкала от 0 до 100, по которой легко определить степень загрязнения. Мобильное приложение прибора очень полезное, оно содержит различные шаблоны настроек, а также эффективные советы для поддержания чистого воздуха.

НAwair Second Edition

• Простота в использовании;
• Широкий выбор функций;
• Множеством полезных настроек.

Foboot — недорогой и простой прибор, запуск проверки которого занимает всего несколько минут. Устройство для мониторинга определяет уровень воздушных органических соединений, твердых частиц, относительной влажности и температуры. Есть поддержка мобильных приложений (iOS), благодаря которым управление становится ещё проще. Измеренные показатели объединяются в одну общую шкалу. В приложении можно отметить событие, которое поспособствовало загрязнению воздуха. В случае отсутствия смартфона прибор сообщает о загрязнении с помощью светодиодных индикаторов.

• Невысокая стоимость — 10 000 рублей;
• Простое и удобное использование;
• Быстрое программирование.

AirThings Wave — казалось бы простой и маленький прибор для измерения вредоносных частиц не может удивить уникальными возможностями. Однако среди способностей устройства есть поддержка определения газа «Радон», который на высокой концентрации очень вреден для здоровья. Помимо этого прибор определяет температуру и относительную влажность. Девайс работает на нескольких пальчиковых батарейках и устанавливается на стену. Оповещение о проверке воздуха осуществляется с помощью светодиодных индикаторов. Также возможна синхронизация с мобильными устройствами.

• Дешёвый вариант — 7000 рублей;
• Длительный срок автономной работы;
• Лёгкое программирование устройства.

Мастеркит MT8057 — один из самых простых приборов, определяющих в доме уровень углекислого газа. Устройство оборудовано тремя цветными индикаторами, настройка порогового значения осуществляется вручную. Подпитка прибора производится за счёт usb кабеля, а также есть возможность подключения к ПК. Такой ход даёт возможность записи статистики измерительных процессов. Данный прибор является наилучшим вариантом для потребителей, нуждающихся в измерении показателя СО2 в домашних условиях. Разработчики девайса позаботились о высокой точности измерения — в корпусе встроен чувствительный сенсор, который способен подвергаться автоматической калибровке.

• Постой и дешёвый вариант 7-8 тысяч рублей;
• Подключение к ПК;
• Автоматическая калибровка сенсора.

MagicAir — домашняя станция, предназначенная для измерения уровня влажности, температуры и углекислого газа. Питание прибора осуществляется с помощью USB порта, в системе имеется Wi-Fi модуль для интернета и радиоблок, соединяемый с бризером проточных вентиляций. Измеренная информация сохраняется в облаке. Цель данного прибора — автоматизация проточной вентиляции ТИОН. Главным преимуществом MagicAir считается высококачественный сенсор SenseAir S8 для концентрации углекислого газа. Недостаток прибора в том, что он подходит только для стационарного измерения. Проблема заключается в необходимости постоянного подключения к интернету. Ещё один минус — отсутствие push-уведомлений в мобильном приложении. В остальном же аппарат идеально подойдёт для измерения воздуха и автоматизации работы проточной вентиляции.

• Наличие Wi-Fi модуля;
• Встроенный сенсор SenseAir;
• Компактность устройства.

В первую очередь устройство мониторинга воздуха Awair удивляет свои роскошным внешним видом. Корпус прибора выполнен из древесины. Далее стоит отметить немалый ряд полезных функций, а также наличие поддержки мобильного приложения с push-уведомлениями. В системе установлен VOC (датчик летучей органики), который не совсем необходим для домашнего использования, однако в отдельных случаях может быть полезен. К минусам устройства относится довольно слабый particle matter (инфракрасный детектор частиц загрязнений), который плохо откалиброван и производит измерения с большой погрешностью. Как и предыдущий прибор Awair подходит только для стационарного использования, а измеренные данные хранятся в облаке.

• Стильный дизайн;
• Наличие мобильного приложения с push-уведомлениями;
• Приятная цена -12 000 рублей;

Одно из лучших устройств для мониторинга воздуха. Прибор предназначен для измерения показателей углекислого газа, диоксид азота, температуры воздуха и относительной влажности. В корпусе встроен большой цветной дисплей, 4 ГБ оперативной памяти и ёмкий аккумулятор. AirVisual Node поддерживает мобильное приложение, в котором содержится карта качества воздуха, а также имеются push-уведомления. Огромный плюс в том, что прибор способен функционировать как автономной, так и подключенным к сети через WiFi модуль. В системе встроен датчик SenseAir S8 для определения углекислого газа, а также высококачественный детектор PM2.5, предназначенный для промышленных условий. Наконец стоит отметить, что данный аппарат подходит для бытовых, промышленных, офисных и уличных измерений.

• Широкий ряд функций;
• Поддержка автономной работы;
• Наличие датчика SenseAir S8;
• Возможность функционирования во всех условиях.

IQAir AirVisual Pro

По принципу работы прибор считается таким же самым, как и его предшественник (AirVisual Node). Внешний вид особо не отличается, но изменениям подвергся дисплей, который теперь имеет глянцевую поверхность. Также разработчики улучшили модуль PM2.5 — в данной модели вентилятор практически не издает звука. Как и предыдущая модель IQAir способен работать как в бытовых, так и уличных условиях.

IQAir AirVisual Pro

• Улучшенный экран;
• Модернизированный датчик PM2.5;
• Производит измерения во всех условиях.

Интересная и бюджетная модель, разработанная в Китае и оборудована двухканальным сенсором углекислого газа. Измерения данный прибор способен проводить не только в домашних условиях, но и в теплицах. ICee02 — это идеальный вариант для потребителей, занимающихся выращиванием растений. Стоит напомнить, что большое количество углекислого газа может принести вред человеку, в то время, как для представителей флоры такая доза окажется нормальной. С помощью этого прибора можно контролировать уровень CO2 и обеспечивать максимальный прирост урожая.

• Низкая стоимость – 6000 рублей;
• Простой и удобный в использовании;
• Поддержка автономной работы.

Самый дешевый прибор для мониторинга воздуха, который предназначен для измерения углекислого газа. Устройство выпускается с двумя датчиками – SenseAir S8 LP или MH-Z19. Аппарат среднего качества, так как в отдельных случаях наблюдается сбои автоматической калибровки. Есть возможность подключения к компьютеру, но отсутствует поддержка мобильного приложения. Стоит отметить, HT-2000 отличный бюджетный вариант для измерения CO2.

• Низкая стоимость – 4000 рублей;
• Синхронизация с ПК;
• Наличие высокоточного датчика SenseAir S8 LP.

NetAtmo Weather Station

Последним измерителем в рейтинге является NetAtmo Weather Station, оснащенный датчиком SenseAir S8 собственного производства. Кроме углекислого газа прибор способен фиксировать перепады давления, шума и измерять температуру с относительной влажностью. Огромный плюс, как для бюджетного варианта, это поддержка мобильного приложения и отправка Push-уведомлений. Внимательный потребитель может заметить, что прибор медленно реагирует во время перепадов углекислого газа.

• Широкий ряд функций;
• Поддержка мобильного приложения и Push-уведомлений;
• Бюджетный вариант;
• Наличие датчика SenseAir S8.

Сейчас на главной

Достаточно ли хороши датчики качества воздуха потребительского класса?

В настоящее время большинство датчиков качества воздуха имеют технические ограничения. Показания могут быть недостаточно точными для сравнения с нормативными стандартами или недостаточно чувствительными для ультранизких концентраций загрязняющих веществ в окружающей среде, но они могут помочь в принятии решений по защите вашего здоровья.

Датчики качества воздуха предполагают наибольшую ценность, когда необходимо выделить источники проблем, показывая в цифрах параметры загрязнения. Такое устройство может помочь измерить качество воздуха в помещении и изменить принимаемые решения. И это шаг в направлении личной защиты организма и микроклимата в доме в целом.

Определяемые токсины

Состояние человека и других живых организмов зависит от окружающей среды.

Большинство приборов для измерения загрязнения воздуха определяют концентрации распространенных вредных примесей:

• Свинец — поражает нервную и сердечно-сосудистую системы. Может привести к проблемам с обучаемостью и нарушениям функций почек.
• Диоксид серы — способствует ухудшению почвы и поверхностных вод.
• Угарный газ — блокирует поступление кислорода к органам и тканям, что может привести к смерти.
• Озон — вдыхание О3 провоцирует боль в груди, кашель и раздражение горла. Высокие концентрации вещества в помещении опасны, так как переход в двухатомное состояние сопровождается выделением тепла, способным вызвать взрыв или возгорание
• Мелкие твердые частицы — пыль и сажа, размером 10-25 мкм; при вдыхании поражают легкие и другие внутренние органы. В 2019-м вызвали экологическую катастрофу в Сеуле — правительства Китая и Южной Кореи начали обсуждение способов решения проблемы с помощью технологий искусственного вызова дождя на пути поступления частиц.
• Углекислый газ — повышение концентрации в атмосфере ведет к росту температуры.
• Ртуть — Испарения элемента опасны для здоровья.

Для удешевления современные датчики часто фокусируют на определенном загрязнителе. Но диапазон распознаваемых угроз зависит от лежащих в основе устройства механизмов.

Экскурс в историю

По мере развития электроники в автомобилях начали появляться довольно сложные электромеханические и электронные узлы, работавшие в тандеме. Например, кондиционер был заменен системой климат-контроля, которая не просто охлаждала воздух, но еще и была способна поддерживать определенный температурный уровень. Для этого системе нужно было самой замерять температуру воздуха в салоне и корректировать свою работу. Первая система климат-контроля появилась еще в 1979 на автомобиле немецкого концерна Mercedes Benz : W126. Доработка климат-контроля продолжалась до 1998 года и к нашему времени эта система не претерпела серьезных изменений. Но вот полученные технические наработки легли в основу еще множества интересных вещей.

Важным этапом в развитии системы контроля качества воздуха стало появление датчиков, способных определять концентрацию вредных веществ в воздухе. В частности, азота и угарных газов. Кстати, подобными датчиками изначально планировалось оснащать другие автомобильные датчики. Например, датчик NOx, о котором мы писали в данном материале , должен был работать в тандеме с электроникой двигателя. Однако очень похожий датчик нашел применения и в системе анализа состава салонного воздуха. Именно такую систему создали инженеры шведского концерна Volvo – упомянутый выше IAQS. Изобретение оказалось настолько интересным и востребованным, что его взяли концерны Volkswagen, BMW, Ford, Renault и Mercedes-Benz. Они создали свои собственные системы на базе IAQS, которые остаются очень похожими на те, что входили в штатное оснащение некоторых моделей Volvo. Важно здесь то, что любая система контроля качества салонного воздуха работает по ряду строгих принципов, так что в разделении на «систему Ford» или «систему BMW» нет смысла – это практически одно и то же.

Принципы действия

Прибор сигнализирует об опасности изменением состояния. В прошлом качество условий в помещении шахты определяли, наблюдая за канарейкой. Смерть или болезненное состояние птицы указывали на опасное повышение концентрации нескольких соединений.

Современные датчики избирательны. Они делятся на:

• Излучающие. Считывают изменения инфракрасных или ультрафиолетовых волн. Так, в начале 2019-го ученые создали массив золотых нанодисков, в 100 раз активнее воспринимающих атмосферные изменения, в сравнении с существующими датчиками. Они реагировали на ИК-лазер УФ-излучением, интенсивность которого зависела от концентрации целевых примесей.
• Электрохимические. В основе лежит твердое проводящее вещество. При нагреве оно реагирует с поступающим воздухом в зависимости от его состава. Устройства улавливают углекислый газ.
• Биологические. Исследования, проведенные осенью 2018-го, показали, что мох чувствителен к диоксиду серы. Под действием вещества его листья сворачиваются. Другие растения также помогают следить за состоянием воздуха в реальном времени.
• Электроакустические. Оценивают изменения в частоте ультразвуковых колебаний. В основном применяется для определения уровня углекислого газа.

Сенсорные устройства сообщают пользователю об опасных изменениях специфическим поведением — цветом, звуком или цифрами на табло. Биоструктуры реагируют ухудшением состояния, вплоть до смерти (канарейки). Пользователи часто выбирают структуры, нацеленные на определенный загрязнитель. Устройства, определяющие несколько опасных веществ, не связанных химическим составом, характеризуются высокой ценой и сложностью.

Необходимые компоненты

Плата с микроконтроллером ESP8266, например Wemos D1, NodeMCU

Датчик пыли SDS011 (мне обошёлся в € 14 на AliExpress)

Датчик температуры, влажности, атмосферного давления: BME280, BMP280, DHT22

Пластиковая трубка с внутренним диаметром 6 мм

Плоский кабель USB A—Micro-B (рекомендуемая длина около 2 м)

Источник питания 5 В (мин. 500 мА) с разъёмом USB (например, зарядное устройство от телефона)

Может пригодиться паяльник

Сравнение датчиков температуры

К сожалению, в моём местном магазине радиодеталей BME280 не оказалось, потому мне пришлось купить BMP280, вариант без измерения влажности, и DHT22, чтобы влажность всё же измерить. Надо сказать, что DHT22 в таких магазинах продаётся в двух вариантах: датчик сам по себе либо на плате с pull-up-резистором:

Модуль DHT22 с pull-up-резистором

В моём магазине цена была одинаковая, но я по ошибке заказал именно эту версию. Как оказалось, их не было на складе, ждать пришлось бы долго, но на складе был и датчик без платы за ту же цену. Проверка исходного кода прошивки показала, что в ней используется встроенный pull-up микропроцессора, так что внешний резистор, на платке или нет, не нужен (но с десяток резисторов я с перепугу всё же купил, т. к. проверить их необходимость в магазине не было возможности).

Система контроля качества воздуха?

Современный человек смог освоить довольно многие сферы деятельности.

Он научился постройке качественных машин, сумел запустить ракету в космос, осуществил создание искусственного интеллекта и заставил его трудиться на благо всего человечества. Тем не менее, одним из наиболее удивительных изобретений, с наибольшей степенью полезности, по-прежнему остается автомобиль. Практически с первых дней после его появления, количество автомобильного транспорта постоянно увеличивается, и продолжение подобной тенденции продолжается по сей день.

Но наличие технического прогресса представляет собой только одну сторону медали. По той причине, что техника находится в процессе активного развития, состояние воздуха стало далеким от идеального. Ежегодно увеличивается количество страдающих от аллергии, что сделало проблему очистки воздуха одной из наиболее приоритетных. Это стало причиной появления системы качества контроля воздуха.

Историческое развитие. С развитием электроники произошло достаточно большое количество изменений. На новых моделях автомобилей стало появляться и более совершенное оборудование. Обыкновенный кондиционер был заменен на более продвинутую систему климатического контроля. Её задачей было не просто охлаждение воздуха, но и поддержание температуры на требуемом уровне. Все, что потребуется от водителя — установка требуемого режима, после чего система выполнит всю работу самостоятельно, с включением кондиционера или обогревателя, с подачей воздуха в требуемую часть салона.

Первое появление климат-контроля состоялось на автомобиле Mercedes W126. К 1998 году было выполнено усовершенствование системы и введение порядка 200 различных параметров. Электронным устройствам удалось сильно расширить возможности систем кондиционирования, в результате чего они стали более независимыми устройствами. Спустя некоторое время были выпущены особые датчики, подающие сигнал при выявлении отклонения качества воздуха от нормы.

Назначение и принцип работы устройства. Главной задачей системы контроля качества воздуха является обеспечение поддержки идеального микроклимата в салоне машины. Функционирование устройства обеспечивает пространство в салоне исключительно чистым воздухом, в котором могут находиться даже хронические аллергики. Эта задача обеспечивается посредством тонкой очистки, а также рециркуляции потока воздуха.

Наибольшая степень нагрузки по очистке воздуха ложится на фильтр, установленный в салоне, основным действующим веществом которого становится активированный уголь. Его задачей является устранение неприятных запахов, разного рода вредных газов, попадающих с воздухом снаружи автомобиля, мелких грязевых частиц и так далее. Тем не менее, выполнение данной задачи фильтром получается не всегда. Если степень загрязнения воздуха превысит установленную норму, система автоматически меняет режим работы, переводя его из приточного в рециркуляционный. Следствием этого действия становится вращение воздуха внутри салона автомобиля до того момента, пока он полностью не пройдет очистку.

Интересным становится тот факт, что блокировка поступления загрязненного воздуха производится системой еще до момента попадания его в салон машины. Это возможно благодаря тому, что специальный датчик может распознать наличие загрязненного воздуха и своевременно перекрыть ему доступ.

Конструкция системы. Конструктивное выполнение системы достаточно простое. Состоит она из трех компонентов: датчика, отвечающего за контроль состояния поступающего воздуха, заслонки привода рециркуляции, перекрывающий поток внешнего воздуха, и управляющего блока.

Итог. Работа данной системы обеспечивает чистоту воздуха в салоне, что является очень важным для людей с проблемами органов дыхания и аллергиков. При обнаружении чрезвычайно высокого загрязнения воздуха, она переходит на метод рециркуляции до полной его очистки.

Краткие сведения

Как бы ни казалось странным, но уровень загрязнения воздуха в доме может быть в несколько раз выше, чем на улице. А плохое качество кислорода пагубно влияет на здоровье человека — плохой сон, постоянная усталость, простуда, слабость и даже различные заболевания лёгких. В данной статье подобран список лучших устройств, для мониторинга воздуха, которые помогут каждому домовладельцу обезопасить своё жилище.

Как работают датчики качества воздуха потребительского класса?

Датчики дают вам оценку твердых частиц (PM) или газообразных загрязнителей в воздухе, часто основанную на измерении других загрязнителей, которых гораздо легче измерить. Например, можно измерить количество света, рассеянного твердыми частицами, которое обычно увеличивается по мере повышения уровня загрязнения. Иногда эти результаты помещаются на шкалу низкого, среднего и высокого уровня. Или в случае очень простых мониторов качества воздуха, таких как детекторы дыма, на двоичной шкале (которая сигнализирует, присутствует ли дым или нет). Забавный факт: некоторые из первых недорогих датчиков PM были построены из детекторов дыма.

С другой стороны, лабораторный пробоотборник качества воздуха может дать вам прямое измерение загрязняющих веществ в воздухе, например, сколько пыли находится в 1 кубическом метре воздуха (микрограмм/м3).

Сборка

Как я уже упоминал выше, можно использовать как NodeMCU, как и более компактную плату Wemos D1. Функционально они идентичны, но NodeMCU несколько крупнее и имеет больше выводов. В моём распоряжении было несколько плат Wemos D1, так что я использовал именно их, но именно это решение привело к некоторым усложнениям в процессе сборки.

Схема подключения SDS011 и BME280

Как видно из схемы, датчик SDS011 подключается через UART, в то время как BME280 — через I²C. В моём случае вместо BME280 был BMP280, подключаемый на те же контакты, а также ещё и DHT22, который подключается на D7 (см. схему подключения). Всё бы хорошо, но у Wemos D1, в отличие от NodeMCU, лишь один контакт 3V3 и всего один GND! Пришлось паять разветвитель GND и удлинитель 3V3.

В итоге мой Франкенштейнов монстр выглядел примерно так:

Вся электроника в сборе

К процессорной платке я прикрепил изолентой кусок пористого пенопласта, чтобы в случае попадения влаги внутрь корпуса, хотя бы часть её задержать. Всё устройство было помещено в ведёрко от йогурта. Важно в корпусе сделать не только отверстие для гибкой трубки, ведущей к SDS011, но и дополнительные отверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха, в том числе и для того, чтобы показания датчиков температуры, влажности и давления имели какой-то смысл.

Плохо себя зарекомендовала упаковка от маргарина: после чуть менее, чем года на улице, коробочка начала рассыпаться, в конце концов во время ливня вода попала внутрь и каким-то образом повредила датчик пыли:

Рама не совсем хари

Как видно из фотографий выше, свои датчики я размещаю на подоконнике (например, приклеив двусторонним скотчем). С размещением я советую внимательно подумать, приняв к вниманию как метеоусловия (ветер, солнце), так и наличие источников загрязнения. Например, один из моих датчиков находится на солнечной стороне, потому показания температуры у него очень часто завышены. Расстояние до источников загрязнения может влиять на показания, занижая и завышая их, либо же вообще делая их бесполезными. Например, возле нашего дома находится крупная стройка, которая уже продолжается три года, и данные насчёт того, сколько пыли она производит, весьма интересны. С другой стороны, концентрация пыли прямо на стройке несколько другая, чем возле домов, где живут люди, поэтому если датчик размещён слишком близко, польза от данных будет сомнительная. Также необходимо учитывать расстояние от дороги (покрышки автомобилей также создают массы взвешенных частиц).

После установки и проверки датчика его можно подключить к API разных проектов. Данные со своих датчиков я посылкаю на sensor.community (LuftDaten), агрегатор Madavi, OpenSenseMap, AirCMS и ещё пару проектов:

Настройки API датчика

Вот так выглядит карта PM2.5 от LuftDaten (два датчика на ней мои):

На AirCMS датчиков в наших краях гораздо меньше:

Каковы преимущества датчиков качества воздуха?

Датчики качества воздуха потребителя имеют свои ограничения и преимущества. Они могут показать общую тенденцию в загрязнении воздуха и предупредить вас о видах деятельности, которые создают опасную концентрацию в помещении. Могут быть выявлены тенденции в качестве наружного воздуха в вашем районе. Это локализованные данные, которые вы не можете получить от федеральных станций мониторинга качества воздуха в данном регионе.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли сравнили потребительские датчики с лабораторными датчиками. Они измеряли содержание твердых частиц (ТЧ) от обычной деятельности, такой как сжигание тостов, зажигание свечей или приготовление зеленых бобов. Среди семи потребительских датчиков четыре устройства сработали от двух факторов, остальные три датчика «почувствовали» больше двух.

Какие стандарты существуют для загрязнения воздуха?

Потребительские датчики не предназначены для замены дорогостоящих крупномасштабных станций контроля качества воздуха. Такие системы контролируют и регулируют перечень загрязняющих веществ на открытом воздухе, таких как озон, твердые частицы (PM) или диоксид азота. Многие потребительские датчики тестируются и разрабатываются относительно этих данных.

Параметры загрязнения воздуха в помещении могут сильно отличаться от данных на открытом воздухе. Сегодня существует не так много стандартов для тестирования качества воздуха в помещениях с помощью датчиков в жилых зданиях, за исключением окиси углерода и дыма. Уровни отдельных общих загрязнителей воздуха в помещениях, таких как плесень и пыльца, не могут быть отдельно зарегистрированы от остальной смеси других загрязнителей обычным датчиком.

Делаем станцию мониторинга загрязнённости воздуха в домашних условиях

В этой статье я расскажу о том, как собрать датчик загрязнённости воздуха в домашних условиях и зачем это нужно.

В последнее время всё больше людей озадачивается проблемой загрязнённости воздуха. Одним из видов загрязнения воздуха является взвешенные частицы размером до 10 мкм, которые не отфильтровываются носоглоткой и проникают глубоко в лёгкие. Такие частицы, обозначаемые PM10, PM2.5 и PM0.1 (по их размеру в микрометрах), представляют большую опасность для здоровья человека, вызывая астму, рак лёгких, всевозможные респираторные и сердечно-сосудистые заболевания, врождённые дефекты у новорождённых и даже преждевременную смерть.

По информации ВОЗ, в 2016 году около 4,2 миллиона смертей было вызвано влиянием частиц PM2.5. Кроме промышленности, значительным источником мелко- и крупнодисперсных частиц является автотранспорт (в частности, автопокрышки).

Стандарты Европейского союза определяют индекс качества воздуха в зависимости от концентрации взвешенных частиц:

Прошивка

После прошивки и перезапуска процессора должна появиться новая Wi-Fi сеть, как правило, начинающаяся на airRohr (в зависимости от языка и версии прошивки). Подключившись к этой сети, надо зайти на http://192.168.4.1/ и настроить подключение к домашней Wi-Fi сети. Надо сказать, что на этом шагу я на какое-то время зациклился: датчик упорно не хотел подключаться к сети, создавая свою собственную. Я подключил отладку через USB-serial (если будете пробовать, скорость нужно задать 9600 бод, эта скорость отличается от скорости загрузчика прошивки), где было видно, что датчик к сети подключается, но ошибок нет. Я уже было отчаялся, как вдруг сеть airRohr пропала и датчик появился в домашней сети: оказывается, в настройках есть параметр Duration router mode, в течение которого датчик будет в некоторых случаях держать собственную сеть, чтобы дать возможность поменять настройки.

Общественный мониторинг

Во многих европейских странах помимо мониторинга качества воздуха, осуществляемого государственными организациями, осуществляется и общественный мониторинг, производимый независимыми организациями и просто жителями городов и деревень. Один из таких проектов, LuftDaten, основан группой сотрудников Штутгартской высшей технической школы. В рамках этого проекта был разработан вебсайт для сбора данных, а также простые в сборе датчики, которые может разместить у себя дома каждый желающий. Как сайт, так и прошивка устройства являются свободным ПО.

Как видно из карты на их сайте, датчики установлены уже во всех странах Европы, хотя больше всего их, конечно же, в Германии.

Кроме LuftDaten, существуют и другие похожие проекты: OpenSenseMap (тоже немецкий), а также AirCMS (из Челябинска). Прошивка для датчиков от Luftdaten позволяет отправлять данные сразу в несколько проектов, а также на произвольные web API.

Конечно же, точность данных, полученных таким способом, ниже, чем у дорогих станций мониторинга, используемых государственными организациями, но у общественной сети есть потенциал лучше покрыть территорию более дешёвыми станциями, получая хоть какое-то представление о ситуации в местах, где нет официальных станций мониторинга. Кроме того, существует возможность математически «привязать» и откалибровать менее точные данные с помощью данных, полученных от более точных станций.