Главная » Строительство » Датчик пыли для компьютера

Датчик пыли для компьютера

Датчик обеспечивает следующие функции:

мониторинг состояния запыленности внутренних компонентов компьютеров и других вычислительных устройств;
мониторинг температуры внутри системного блока;
подсчет количества отработанного времени системного блока.

Представляет собой небольшую плату, которая крепится внутри корпуса на двухстороннюю клейкую ленту в любом удобном месте. Подключается к внутреннему порту USB 1.1 или 2.0 материнской платы.

Программное обеспечение в комплекте может удаленно оповещать администратора системы по электронной почте о необходимости технического обслуживания с информацией о степени запыленности по условной шкале.

Совместимость ПО: Windows XP, Vista, 7, 8, Server 2003-2012

Датчик обеспечивает следующие функции:

мониторинг состояния запыленности внутренних компонентов компьютеров и других вычислительных устройств;
мониторинг температуры внутри системного блока;
подсчет количества отработанного времени системного блока.

Совместимость ПО: Windows XP, Vista, 7, 8, Server 2003-2012

Цена: $23.98

Перейти в магазин

Сравним три популярных датчика пыли. Стоит ли переплачивать за более дорогой? Какие наиболее распространенные ошибки допускают при работе с бюджетными датчиками? Ответы под катом.

Об устройстве чуть позже, сначала посмотрим внимательнее на датчики.

SDS011
Первый датчик лазерный, фирмы Nova Fitness. Он предназначен для определения количества пыли размером от 0,3 до 10 мкм в воздухе. Датчик разделяет пыль на две категории — размером от 0,3 до 2,5 мкм и от 2,5 до 10 мкм. Это общепринятая классификация, и наиболее опасна для здоровья пыль от 0,3 до 2,5 мкм.

Как и у многих современных датчиков, у этого два типа представления данных. Он способен передавать сведения в последовательный порт, а кроме того, имеет два выхода, скважность сигналов на которых пропорциональна концентрации пыли двух размеров.

Прочие сведения:
диапазон измерений: 0 — 999 мкг/м3
напряжение питания: 5 вольт
потребляемый ток: 100 мА
ток в режиме энергосбережения: 2 мА
температура окружающей среды: -20-50°С
время отклика: 1 сек
частота отправки сообщений в компорт: 1 раз в секунду.
минимальный определяемый размер частиц пыли: менее 0,3мкм.
размеры: 71х70х23 мм

Датчик снабжен центробежным микровентилятором.
В комплект входит переходник с последовательного порта на usb.

Тут pdf на с подробной информацией по датчику: https://inovafitness.de/downloads/

А тут описание протокола обмена по UART интерфейсу. https://nettigo.eu/attachments/415

GP2Y1014AU0F
Второй датчик производства фирмы Sharp. Он дешевле, компактнее и проще первого. Определяет пыль по принципу фотометрии. Краткие характеристики:

потребляемый ток: 20 мА
напряжение питания: 5 вольт
чувствительность: 0,5 вольт/100мкг/м3
размеры: 46х30×17,6мм
диапазон измерений: 0 — 500 мкг/м3

Вентилятора у датчика нет, что с одной стороны является преимуществом, но с другой обещает не такую быструю реакцию датчика на изменение атмосферы.

Samyoung DSM501a
Третий датчик для определения пыли он использует тот же метод, что и Шарп, но в отличие от него, данные выдает по двум калибрам пыли — до 2,5мкм и от 2,5 и выше. Для связи передачи данных используется широтно-импульсная модуляция, что немного сложнее обработке, но намного надежнее с точки зрения помехозащищенности, чем аналоговый сигнал.
Его краткая характеристика:
напряжение питания: 4,5-5,5 вольт
потребляемый ток: 90ма
минимальный размер обнаруживаемой пыли: 1мкм
диапазон измерений: 0-1400 мкг/м3

У этого датчика есть выход, который используется для регулировки чувствительности второго канала. Таким образом, мы можем менять границу разделения пыли на две фракции. Для улучшения циркуляции воздуха используется микро-печка из резистора, которая нагревает воздух и за счет конвекции он быстрее обновляется у сенсора.

Разумеется, фаворитом соревнований является лазерный датчик. Он и дороже и современнее своих конкурентов. Мне его прислали бесплатно, на обзор, и, как многие думают, я его должен хвалить уже из-за этого. Это не так, но сказать пару хороших слов можно сразу, едва вынув датчик из упаковки. Его легко подключить к компьютеру через прилагаемый переходник, скачать программу снятия данных и вуаля! График пыли строится на вашем экране.

Программа у меня провисела в фоне несколько дней, прежде чем я занялся сравнением датчиков, и уже в эти дни я понял, очень мало я знаю о пыли в своем доме.

Теперь, когда с соперниками разобрались, кратко остановимся на тех деталях, которые будут использованы для изготовления стенда.
Экран 128х160 с интерфейсом SPI, размером 1,8 дюйма.
Часы реального времени DS3231, соединение по шине I2C
«Черный ящик» OpenLog — будет висеть на компорте и записывать на флешку все, что контроллер отправляет в порт.

И конечно же Arduino Pro Mini — мозг и память всего проекта.
В качестве переходного звена, объединяющего все элементы, будет макетная платка. В основном на ней разъемы для подключения датчиков, но еще имеются резистор и электролитик — они требуются для нормального функционирования датчика Sharp.

Два резистора с джамперами — они служат для переключения порога чувствительности второго канала датчика DSM501, разъем микро-usb для питания в отсутствии компьютера и линейка резисторов для безопасного подключения экрана.

Вот что у меня получилось в результате.

Первым делом я решил протестировать датчик фирмы Sharp. Аналоговый выход обещал легкое подключение и обработку данных. Но все оказалось не совсем так. бОльшую часть времени датчик простаивает. Один раз в 10 мс на датчик нужно подать короткий импульс длительностью 320 мкс, который включит светодиод подсветки пыли. Потом, через 280 мкс, когда на выходе датчика окажется ответный сигнал, нужно успеть его снять и определить его амплитуду. Она-то и характеризует количество пыли в воздухе. Как только сигнал оцифрован, напряжение с подсветки снимается и все отключается до следующего импульса. Конечно, такой алгоритм снижает износ датчика и еще, как упомянуто в мануале, позволяет отличить пыль от дыма. Жаль, там не развивается эта мысль и остается только догадываться, как их отличить на практике.
Простым вольтметром сигнал с датчика не померить и пришлось снимать осциллограмму.

Желтый график — управление светодиодом подсветки пыли. Отрицательный сигнал включает диод.
Голубой — ответ датчика.
Фиолетовый я ввел для наглядности, он включается непосредственно перед тем, как контроллер приступает к измерению напряжения сигнала и выключается после того, как напряжение измерено. Что интересно, мы видим, что сигнал от датчика начинает спадать не после отключения диода подсветки, а еще при его работе. Так что в измерениях важно не промахнуться по времени и все точно выполнять по инструкции.
Второй важный момент — грамотно перевести полученные вольты в микрограммы на кубометр. Для этого надо вычесть из сигнала постоянную полку и по графику вычислить концентрацию пыли. Постоянная составляющая сигнала у каждого датчика своя. Все требует настройки.

В демонстрационных программах, которые можно найти на гитхабе, со временем промашка. Чтобы успеть все правильно измерить, нужно приступать уже через 200 мкс после включения диода, а не чрез 280, как там пишут.

delayMicroseconds(200); // was 280, but real 320mks at 200 setting

Итак. Что же мы имеем с гуся? А с гуся мы имеем почти ничего. Показания скачут вокруг нулевых значений. В принципе, это и не удивительно, я пылесошу каждый день. Но хотелось бы меньшего разброса показаний. Если поступить по-варварски и ввести в отверстие датчика какой-то предмет, то показания сразу взлетают на максимум, так что датчик рабочий. Просто для относительно чистой комнаты не очень чувствительный.

Второй датчик тоже заработал не сразу. Халява не прошла, и первый попавшийся в интернете код не заработал. Датчик показывал погоду на Марсе, и пришлось разбираться детально. Для начала я решил исключить плохое питание. Может оно и хорошее, но на всякий случай я припаял между + и — электролитик. Затем, в соответствии с мануалом, надо учитывать только импульсы от 10 до 90 мс. Да, импульсы у этого датчика следуют не с постоянной частотой и скважностью, а хаотично. И программно нужно их суммировать и вычислять процент присутствия импульсов относительно общего времени наблюдения. Так вот, в эту сумму не попадают импульсы менее 10 и более 90 мс. Третье: надо научиться пользоваться настройками датчика. При замыкании провода управления на землю через резистор 18,2КОм первый выход датчика становится столь же чувствительным, как и второй. Что не имеет практического смысла. При замыкании на землю через резистор 47 КОм первый выход начинает видеть пыль только крупнее 1,75 мкм. Таким образом, если в датчик залетит пылинка 1,5 мкм, то на втором выходе будет сигнал, а на первом — нет. При полном отключении управляющего провода от земли первый выход начинает замечать только пыль крупнее 2,5 мкм. Что нам и нужно. Мы снимаем показания со второго выхода, вычитаем их них показания с первого и получаем, таким образом, количество пыли в диапазоне от 1 до 2,5 мкм.

Но это еще не все. Остается перевести длительность присутствия сигнала на выходах датчика в количество пыли. А для этого в нашем распоряжении лишь график. График в программу не засунешь, я нашел онлайн сервис по оцифровке графиков и подбору полиномов для их более-менее точного моделирования. До меня это сделал какой-то парень из Штатов, но там у них свой стандарт, они меряют пыль в пылинках на одну сотую кубического фута. А у нас микрограммы на кубометр. Так что формула из готовых скриптов мне решительно не подходила.

После всех этих плясок с бубном ничего сильно хорошего не получилось: датчик показывал то чистейший горный воздух, то тяжелую атмосферу шлифовального цеха.
Удивительно, но если вернуться к старой формуле из примеров использования датчика, той, с штуками пылинок на сотую кубофута, то выдаваемые датчиком значения численно более-менее правдоподобны, для чистой комнаты. Но как только поднимается пыль, они начинают отставать.

А вот лазерный датчик хлопот не доставил. Байты из порта прочитались сразу. Сигнал с ШИМ — выходов тоже равномерный и красивый.

Показания очень хорошо соотносятся с происходящими вокруг датчика событиями. Это было заметно еще по первому включению, с выводом графика на десктоп. Пики в левой части графика — пайка. Датчик лежал на столе, где я паял стенд. По ощущениям, дыма особого не было, но график решительно полз вверх каждый раз, когда я включал паяльник. Короткий всплеск справа — расстилание кровати. Оказывается, даже чистая постель — источник огромного количества пыли.

Еще один неочевидный вывод — хороший пылесос совсем не гоняет пыль по комнате, а действительно ее всасывает. Включение пылесоса совершенно не отражалось на графике. А вот строительный пылесос — совсем другое дело. Мне нужно было просверлить пару небольших отверстий в ванной комнате. Там вытяжка, там маленькие отверстия, но все-таки я подогнал строительный пылесос, чтобы пылью от сверления не портить эксперимент с датчиками пыли. Эффект получился совсем не такой, как я ожидал.

Концентрация пыли мгновенно выросла в 20 раз и спадала потом еще полчаса. Кстати, проветривание резко снижает количество пыли в воздухе. Наверное, не во всех областях это так, но мне вот повезло.

Выводы
Я пару дней гонял стенд с тремя датчиками в разных условиях. В области малых концентраций пыли для измерений годится только лазерный датчик. Он же и самый быстрый на отклик. У меня нет возможностей проверить показания этого датчика. Но мне достаточно того, что в его измерениях отражались все события в комнате, которые так или иначе должны были влиять на пыль. Расстилание кровати, проветривание, пайка, работа пылесоса, ремонтные работы — все это тут же сказывалось на графике. Что до шума от вентилятора, то он не очень большой. И у датчика есть режим энергосбережения, при котором вентилятор не работает. Два других датчика скорее подойдут для контроля относительно грязной атмосферы. Если выбирать из них, то Samyoung DSM 501 выглядит предпочтительнее. Его преимущества — разделение пыли по фракциям, лучшая помехозащищенность, большой диапазон и улучшенная циркуляция воздуха.

Плюсы датчика SDS011
+ высокая корреляция показаний прибора и обстановки с пылью вокруг
+ стабильность показаний
+ скорость реакции
+ невысокая (для лазерных датчиков) стоимость.

Минусы датчика SDS011
— шум от вентилятора
— относительно высокое энергопотребление

Обновление от 24.05.19
В итоге, для постоянной работы я оставил один только датчик пыли — разумеется SDS011. У него обнаружилась полезная особенность. Для экономии электричества и ресурса он может работать в перывистом режиме — заданный период он ожидает, потом включается на 30 секунд, измеряет концентрацию пыли и выдает ее в порт. Потом снова засыпает. Еще одна полезная настройка — датчик может самостоятельно посылать данные в порт, а может ждать запроса от контроллера. Мне показалось, что 30 секунд недостаточно, чтобы датчик вышел на стабильные показания, так что я провел серию экспериментов. В скетч добавил режим, в котором датчик принудительно включается и выключается. Пробовал запускать его на минуту и две, регулярно опрашивать и усреднять показания. В итоге оказалось, что как раз-таки 30 секунд — оптимальный период работы.
В новой версии скетча добавлен автоматический режим, когда датчик сам включается и выключается, и ручной. Добавлены шкалы на графике. В итоге экран прибора выглядит примерно так: