О правильной работе с датчиком пыли DSM501(A)

DIY Microcontrollers Blog: О том, как правильно использовать датчик пыли DSM501(A)

Портативная метеостанция

Временно откладывал в сторону свой проект портативной метеостанции, но сейчас вновь к нему вернулся. Смахнул, так сказать, пыль времени с этой папки. Не думаю, что проект получится хоть сколько-нибудь коммерческим, поэтому делаю для себя в одном экземпляре. Цель простая: пощупать прогностические алгоритмы, изучить и освоить некоторые аспекты программирования МК, и в итоге сделать полезную в поездках штуковину.

Контроль климата и метеорология

Сравнивал параметры цифровых комбо-датчиков и хороших аналоговых. Как ни крути, а цифровые комбо-датчики, типа того же нового бошевского «датчика окружающей среды» BME280, в немалой степени компромисс. Про широко распространенные китайские и говорить нечего.

Про метеостанцию - 3

Закончил проектирование прототипа основного модуля домашней метеостанции. Осталось изготовить его в макете и можно будет приступать к программированию и отладке.

Метеостанция: продолжение

«Распечатал» разработку метеостанции, прерванную осенью по целому ряду причин.

Планируется:

• цветной графический дисплей (возможно, тачскрин)
• аналитика (t, Rh, CO2, P)
• прогностика и т.п.

Про микроклимат, влажность и темпаратуру

Сравнил допуски по температуре и влажности, принятые у немцев и те, которые прописаны в Российских ГОСТ и СНиП. Результат явно не в пользу последних. Если при проектировании и строительстве их применение как-то оправдано, то при анализе имеющегося микроклимата они, на мой взгляд, бесполезны.

О слагающих цены и точности

Как добиться гарантированно хорошей точности показаний температуры? Это очень просто: необходимо индивидуально калибровать каждый датчик температуры. Хотя бы по прецизионному ртутному термометру (цена деления 0,1°C). Так можно будет добиться точности показаний до ±0,05°C (если с хорошей подсветкой и лупой, и очень неспеша). Полностью процесс калибровки одного датчика занимает где-то от 2-3 часов.

Спрашивается: какова точность замера температуры у массовых китайских термометров и метеостанций? По моим наблюдениям, порядка 5%. Вероятно, именно такова точность используемых в них недорогих терморезистивных датчиков температуры. Что это означает, к примеру, в случае температуры +20°C? Показания такого прибора будут находиться в интервале от +19°C до +21°C (±1° от +20°C). Если прибор использует значение температуры для каких-то расчетов – результаты будут заметно «гулять». Именно в таких случаях говорят, что прибор врет.

Про метеостанцию - 2

Пора, однако, начинать прикручивать к макету метеостанции этот модный дисплей с диагональю 5" и тач-скрином. Из нюансов – LED-подсветка 20 В (0,8 Вт). Так что довольно большое потребление по +5 В, так что придется подумать о питании, чтобы не покалечить силовые цепи макетки.

Про метеостанцию

Успешно доделана измерительная часть программы метеостанции. Наконец-то всё нормально считывается с датчиков, преобразуется, фильтруется, пересчитывается и выдается на символьный дисплей. Реализована обработка и расчет для следующих параметров окружающей среды: температура, влажность, атм. давление и точка росы (пока только внутри помещения/indoor).

Теперь можно переходить к расчетно-прогностической части (пока что в сильно упрощенном виде, т.к. для полного расчета потребуются измерения параметров среды вне помещения/outdoor) и к интерфейсу пользователя (графика).

Пора начинать НИОКР-2

Пора бы неспешно начинать новый НИОКР. Теперь – по домашней метеостанции.

Термогигрометр: DONE

Всё. Определилась финальная версия ПО. Т.е. прототипирование и отладка схемы и прошивки устройства окончены.

UPD. Добавил напрашивавшуюся сюда температуру точки росы. Вот теперь действительно Full Stop & Done. Нет, Well Done!  :)

Об успешном достижении целей

Результаты получились более чем удовлетворительные, если не сказать замечательные: практически полное попадание результатов измерения температуры и влажности в параметры текущей метеосводки (с учетом локальных колебаний температуры и влажности из-за высоты размещения датчиков и их близости к строению, и лага относительно времени составления сводки). 

Для сравнения показаны результаты работы «шведской» метеостанции RST 02519 (она же VITEK VT-3549, она же Honeywell TE653ELW), уличный датчик: ошибка по влажности относительно метеосводки равна -31% по влажности. При этом в тесте TE653ELW отмечено, что новая станция имела ошибку по влажности -16%.

Первый этап НИОКР завершен

Самоделка против RST 02519

Сравнил показания влажности для весьма «пожилой» метеостанции RST 02519 (кажется, 2005 год покупки, была на момент покупки весьма недешевой) и моего самодельного прототипа. Результат очного поединка соперников: 23% у RST против 38% у самоделки. По скорости испарения (расходования) воды в испарительном (дисковом) увлажнителе также видно, что влажность воздуха не слишком низкая: при 23% вода должна была бы в буквальном смысле улетать в воздух (что также можно рассматривать в качестве косвенного показателя сухости воздуха).

В станции RST 02519 использованы емкостные датчики влажности (гребенки), которые, по-видимому, сильно окислились за прошедшее время. Как результат – изменение диэлектрической проницаемости емкостного зазора (так как к воздуху добавился оксид металла) и, как следствие этого, фактически катастрофическая деградация чувствительности гигрометра метеостанции RST 02519. Уличные датчики врут столь же сильно. Отслужила своё, в общем. Выглядит всё ещё красиво, но уже практически бесполезна.

НИОКР продолжается

На данный момент реализованы: 1) индикация температуры (целые значения) и 2) влажности (с температурной компенсацией показаний; до сотых долей процента влажности в целях отладки).

НИОКР пошёл...

Персональная метеослужба

Пришел к выводу о необходимости иметь дома (а возможно и и с собой в поездках) метеостанцию. Которая показывала бы влажность и температуру в помещении и на улице, и, желательно, атмосферное давление в месте пребывания. И, возможно, даже рисовала бы суточные графики этих параметров на графическом дисплее.

Почему не хочу покупать готовое решение, имя которым легион?

1. Это неинтересно и неспортивно.
2. Там всё равно используются дешевые и, как следствие, недостаточно точные датчики (в особенности это касается простейших ёмкостных датчиков влажности).

Так что вполне можно будет замутить небольшой хобби-проект. Тем более, что существуют хорошие, достаточно и даже калиброванные датчики (с паспортами), как для температуры, так и для давления и относительной влажности. Точность которых не «+/- полведра», а вполне нормальная, с ошибкой порядка 0,5%. Да, они в несколько раз дороже. Но зато показывают реальные цифры.

Метеостанция

Еще одна идея для использования наборов Arduino – это домашняя (дорожная?) автоматическая метеостанция с журналированием показаний датчиков температуры, давления и скорости ветра (есть вариант с использованием температурного датчика скорости ветра), находящихся за окном.

Функциональность автоматической метеостанции

Измерение и отображение текущих значений:
1. Давление (с привязкой к высоте на местности через GPS?)
2. Температура
3. Влажность
4. Скорость ветра (?)
5. Время суток
6. Фаза Луны
7. Восход и заход Солнца, продолжительность дня, продолжительность сумерек (с привязкой к местоположению на местности через GPS?)
8. Использование внешних радиодатчиков от (имеющихся) бытовых метеостанций

Журналирование:
1. Давление
2. Температура
3. Влажность
4. Высота и координаты на местности (GPS)?

Сохранение на сервере:
1. Давление
2. Температура
3. Влажность
4. Высота и координаты на местности (GPS)?

Построение и отображение графиков:
1. Давление
2. Температура
3. Влажность
4. Тренды показаний

UPD. Мне тут поведали, что использование информации о высоте, содержащейся в сигнале спутника GPS, является весьма геморройным непростым делом. Необходим геоид для конкретного региона и пересчет высоты над эллипсоидом (GPS) в высоту над геоидом (т.е. учет разницы высот геоида и эллипсоида.). Для метеостанции это, видимо, будет «несколько overkill». А применять GPS-модуль только для взятия координат точки – неоправданно дорого.