Sensor Community

Вступление

Сенсор звука пока в статусе бета. Задавайте вопросы на forum.sensor.community или почту

🚧 Sensor.Community это всемирная сеть сенсоров окружающей среды информация с которых доступна в виде открытых данныех. Соберите свою станцию измерения и присоединяйтесь к сети Sensor.Community! С сенсором DNMS (от английского Digital Noise Measuring Sensor) вы сможете измерять также и шумовое загрязнение.

Ознакомиться с оригинальном инструкций и предыдущими версиями датчика шума можно в GitHub'е Хельмута Биттера.

В этом репозитории содержатся варианты сборки датчика с использованием разных печатных плат.

Существует два варианта сборки:

сборка, при которой контроллер NodeMCU с сенсорами (PM, температура, влажность и т.д.) и DNMS раздельны. Печатные платы, соответсвенно, называются AIRROHR V1.4 и DNMS - T4 V1.4.
комбинированная версия, где контроллер NodeMCU и DNMS размещены на одной печатной плате. Такой вариант называется DNMS-T4 + NodeMCU V1.4.

В данном руководстве описан только первый вариан с раздельными платами. В этом случае длина соединения между NodeMCU и DNMS может достигать 10 метров, что важно, так как для получения точных измерений шума необходимо найти правильноe место для установки сенсора звука DNMS. Второй вариант описан в GitHub'е Хельмута Биттера.

Список покупок

Компоненты сенсора шума DNMS

Компонент	Описание	Ссылки на продавцов
ESP8266 NodeMCU v3	процессор с возможностью подключения к WiFi. Версия NodeMCU v2 не рекомендуется к покупке, также как и платы без металлической защиты от помех на чипе WiFi	проверенный продавец список продавцов
плата разработки Teensy 4.0	Плата Teensy 4.0, оснащенная процессором NXP iMXRT1062 с ядром ARM Cortex-M7 с частотой 600 МГц, является самым быстрым микроконтроллером на сегодняшний день.	PJRC EXPTECH Antratek PIMORONI
Микрофон ICS-43434	цифровой микрофон с выходом I²S.	tindie.com
Провода для подключения микрофона	Ультрагибкие силиконовые кабели диаметром 0,15 мм² (AWG 26) шести различных цветов	можно приобрести в местном магазине

К сенсору шума DNMS стоит также добавить компоненты для сборки сенсора твердых частиц, которые перечислены в отдельном руководстве. Стоит заметить, что второй контроллер NodeMCU вам в этом случае не потребуется.

🙌 Отлично, что вы решили купить запчасти для собственной станции! К сожалению, доставка может занять от нескольких дней до месяца. А до тех пор наслаждайтесь жизнью :)

Загрузка микропрограммы

Процесс прошивки NodeMCU описан здесь.

Прошивка для Teensy доступна в GitHab'е Хельмута Битера в виде:

исходного когда в файле с расширением .ino;
в виде скомпилированной прошивке с расширением .hex

Загрузка прошивки для Teensy

Для загрузки скомпилированной прошивки в виде файла с расширением .hex можно воспользоваться утилитой Teensy Loader. Она доступна для Windows, Mac и Linux систем. Также есть утилита для загрузки из командной строки.

Компиляция исходного кода для Teensy

Также можно прошить Teensy скомпилировав исходный код из файла с расширением .ino в среде разработки Arduino. Для этого вам потребуется расширение Teensyduino. В этом случае вы также сможете изменять код устройства.

Печатные платы

Лучший способ собрать DNMS сенсор - это использовать одну из наших печатных плат. В настоящее время существует довольно много производителей печатных плат, которые могут производить печатные платы за несколько долларов даже в минимальных количествах. Например, JLCPCB. Просто скачайте наши принципиальные схемы и/или файлы Gerber ниже, загрузите их на сайт производителя и закажите печатные платы.

Здесь описаны последние версии печатных плат. Дополнительную информацию и файлы печатных плат в проекте KiCad вы найдете в GitHub'е Хельме Биттера.

AIRROHR V1.4

Печатная плата для NodeMCU ESP8266 CPU/WLAN с расширением шины I2C для подключения DNMS, а также других датчиков (SDS011, BME280 и пр.).

Скачать:

DNMS - T4 V1.4

Печатная плата для DNMS Teensy 4.0, которая может быть подключена непосредственно к узлу NodeMCU ESP8266 или к печатной плате AIRROHR, указанной выше.

Скачать:

Сборка сенсора DNMS

⚠️ ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ Прежде чем начать сборку прошейте микроконтроллеры и убедитесь, что они работают!

Корпус для микрофона

Корпус изготовлен из полистироловой трубки длиной 115 мм и диаметром полдюйма (12,7 мм). Такой диаметр позволяет напрямую подключать большинство калибраторов к прибору.

Прототуп был изготовлен с использованием трубки No. 236 от Evergreen.

Печатную плату, возможно, придется немного подогнать напильником чтобы она вошла в отверстие трубки. Используйте при этом защитный скотч для защиты входа микрофона!

Затем припаяйте шесть силиконовых кабелей. Следите за тем, чтобы кабеля были подключены к правильным контактам!

Отрежьте трубку длиной 115 мм.
Приклейте плату микрофонна на клейкую ленту уложенную в виде креста (как на фото). Уложите кабели в трубку и закрепите плату на самом конце трубки.

Приклейте уложенную крестом клейкую ленту к трубке и надежно зафиксируйте ее на конце трубки.

Теперь нужно заполнить трубку эпоксидной смолой. Этот нужно для того, чтобы избежать резонанса и получить калиброванные и воспроизводимые данные.

Для изготовления прототипа использовалась эпоксиданая смола PURe Isolation ST 33.

Спецификации эпоксидной смолы:

Диэлектрическая прочность: 28 кВ/мм
Специфическое прямое сопротивление: 5,8.1014 Ом/см
Поверхностное сопротивление: 1,3.1016 Ом.
Твердость по Шору: D от 50 до 55 (ISO 868, DIN 53505)
Теплопроводность: 0,3 Вт/мК.

Полиуриетановая эпоксидная смола UR5545 от Electrolube тоже подойдет.

Для заполнения трубки нужно 15 г смолы.

После того, как смола окончательно затвердеет можно убрать клейкую ленту.

Корпус для DNMS

Вам понадобятся трубки диаметром 25 мм (например, трубки для электроприборов), соединитель, уголок на 90° и кабельный сальник M25 IP68.

Длина самой трубки должна составлять 160 мм.

Уголок нужен для предотвращает попадание воды и влаги внутрь корпуса при подсоединенном кабеле.

DNMS соединено со второй печатной платой с помощью кабеля с разъемом RJ12. Длина кабеля при этом не должна первышает 25 см!

После того, как вы все надежно соеденили и проверили можно трубки склеить.

Должно получиться так:

Защита для микрофона

Если вы все сделали правильно, то корпуса должны получиться водонепроницаемыми. Чувствительным к влаге остался только вход микрофона. Производитель микрофона фирма TDK предлагает ряд решений по герметизации микрофонов данного типа от попадания пыли и жидкости, но компоненты трудно найти и они не были протестированы на прототипе.

Крайне важно установить на микрофон ветро- и влагозащитный экран. В крайнем случае достаточно будет даже надеть обычную мочалку, которая сможет защитить от:

порывов ветра (шум от которых может увеличить показания прибора);
прямого попадания воды на микрофон;
солнечной радиации. Интенсивный солнечный свет может повлиять на измеренния и сократить срок службы микрофона.

*Совет: чтобы избежать образования конденсата на микрофоне, после установки защитного экрана немного отодвиньте его обратно, чтобы создать небольшую полость между микрофоном и экраном.

Существуют и готовые защитные корпуса. Они обычно называются ‘ветрозащитный экран для микрофона’. Возможно, тут удастся что-то подобрать подходящее

Расположение микрофона

Важно разместить микрофон в зоне как можно более "свободной", то есть в месте с как можно меньшим количеством отражающих звук поверхностей. Расстояние до отражающих поверхностей должно быть как можно большим. Старайтесь не устанавливать микрофон непосредственно на стену дома, так как стены сильно отражают звуки. Расстояние до стены в идеале должно быть больше 1 м. Конечно, это не всегда легко реализовать.

При расстоянии около 50 см от микрофона до стены, наведенные шумы все равно являются значимыми. Хорошими местами установки являются, например, балконы или перила террасы или небольшая мачта на крыше.

Можно также попробовать разместить микрофон непосредственно на углу дома, чтобы отражения частично взаимно уничтожали друг друга.

Свободно стоящая мачта высотой не менее 1 метра также может быть решением, но тогда вы должны следить за отраженными помехами от земли. Это зависит, конечно, от покрытия основания установки.

Также важно всегда помнить, что мы измеряем окружающий шум. Мы можем только приблизительно различать шумовые излучение таких источников как автомобильные или железные дороги.

Однако, чем ближе Вы приближаетесь к источнику, тем точнее становится шум от конкретного источника. Обновление програмного обеспечения со временем позволит различать источники шума.

Конфигурация устройства

Процесс конфигурации устройства с сенсором DNMS аналогичен измерительной станции с сенсором твердых частиц и описан здесь

Как убедится, что станция отсылает данные

Если вы не делали никаких иных изменений настроек, нежели чем описано выше, то станция начнет отсылать данные. После 10 минут работы вы можете посмотреть накопленные данные на этом сайте введя ID станции (серийный номер процессора ESP8266).

Регистрация устройства