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【Project】用D2000完成環境監控系統及基座

作者:黃小棟

大家好,我是黃小棟,字「陽光黃金棟」,號「超弱的補刀俠」。平日打打零工,縫縫泰迪熊貼補家用,假日上山下海並兼差當當Maker。

近幾年來,人們開始注意到懸浮粒子污染與健康問題之間的關聯,且許多研究已經證實懸浮粒子會對呼吸系統和心血管系統造成傷害,所以PM2.5懸浮粒子濃度一直都是國人所關心的議題之一,不斷地出現在各大新聞版面。而在台灣Maker圈裡,也有許多人發展、研究空氣汙染偵測的專案,例如:LASS、Mini AirBox等。

如果大家對此專案有興趣,也想自己兜出一個「環境感測+空汙偵測」系統,不妨也可以參考D2000_Gas_sensing開發套件,它裡面除了開發板以外,也包含空汙、溫溼度感測和顯示的功能。而目前作者拿到是由MakerPRO所提供的樣品板,所以若有任何最新開發套件上市的消息,還請各位讀者多多注意MakerPRO的FB社團粉絲專頁的消息。

在這篇文章裡將會介紹如何使用D2000_Gas_sensing開發套件,以及教大家怎麼設計完成開發套件的基座。

D2000_Gas_sensing開發套件介紹

D2000_Gas_sensing開發套件的特色示意圖 (圖/Sertek)

從上圖我們可以清楚知道D2000_Gas_sensing開發套件,是一款針對Intel Quark D2000 Microcontroller Developer開發板所設計的環境感測開發套件,除了具有感測溫濕度、懸浮粒子濃度(PM2.5)外,還額外搭載揮發性有機物的感測(VOCs),以及藉由網路連線把訊息上傳到雲端,並且在手機顯示資訊的功能,可說是一款萬事俱備的開發套件。

D2000_Gas_sensing開發套件外觀 (攝影/黃小棟)

同時我們也可以發現,這個開發套件裡的開發板,與先前所提到的Intel Quark D2000 Microcontroller Developer開發板會有點不一樣;它將LCD顯示面板與PM2.5濃度感測器整合成一塊模組,也另外把通訊(WiFi & BT模組)、揮發性有機物的感測模組與D2000整合在一起。

所以基本上,將它們組合在一起也是非常容易的事情喔!只要加上一個行動電源即可完成「環境感測+空汙偵測」系統。而官方這邊也貼心的把程式燒錄到開發板裡面去了,所以我們只要手指頭輕輕一碰行動電源開關,即可啟動這套系統,不過,官方目前尚未提供任何關於此開發套件的程式,所以想自己另外替開發套件增加其他功能的話,還是得等官方發出正式消息才行。

D2000_Gas_sensing開發套件加上行動電源,即為「環境感測+空汙偵測」系統 (攝影/黃小棟)

同時,這開發套件既然跟Intel Quark D2000 Microcontroller Developer開發板是姊妹板,當然也可以藉由電腦的序列埠監控視窗去做監控,而連接的方法也是跟Intel Quark D2000一樣,只要準備一條FTDI USB轉序列纜線,並開啟Arduino IDE或者是Intel® System Studio,即可完成序列埠監控。

加上FTDI USB轉序列纜線的D2000_Gas_sensing開發套件 (攝影/黃小棟)

 

開啟Arduino IDE的序列埠監控 (製圖/黃小棟)

 

開啟Intel® System Studio的序列埠監控 (製圖/黃小棟)

D2000_Gas_sensing開發套件的雲端功能

這裡要跟大家提一下D2000_Gas_sensing開發套件的雲端功能,其實也使用上也很簡單!首先要把你的無線基地台上SSID的名字改成「sertek_wifi」 ,密碼PASSWORD改成「intel_iot01」,並且重啟無線基地台和D2000_Gas_sensing開發套件。當套件上的螢幕裡Mode顯示「2」時,即完成套件網路連線的部分。

修改SSID以及密碼 (製圖/黃小棟)

感測套件的資訊監控介面 (製圖/黃小棟)

最後可以使用QR碼掃描器去掃板子後面的QR碼或打上網址,即可看到感測套件所監控到的訊息。

為D2000_Gas_sensing開發套件設計支架

接下來,才是文章的重點……

對,沒錯!接下來才是本文的重點,教大家如何去為這感測套件設計一個支架。因為整個開發套件全都幫你準備好了,其實不用再去煩惱程式的問題,我們只要專心去思考如何運用它就好。

STEP 1:觀察與目的

根據作者自己的看法,因為它已經把自己定位在「環境監控」,所以我不太會想把它放在會動的載具上面,這樣偵測出來的結果都不會有任何意義;而是把它固定放置在一個空間裡,做數據收集會比較恰當,因此幫它設計一個外觀就好,並且放置在家裡或者工廠即可。

當目的確立之後,接著來思考它的外觀。外觀的話,雖然可以像Mini AirBox一樣做一個盒子,既美觀和方便攜帶。

但重點來了,如果仔細去觀察這個開發套件的話,設計一個盒子並不是很理想,怎麼說呢?

首先是它把螢幕和PM2.5感測器整合在同一塊板子上,並且拉出I/O Port,這樣不方便設計盒蓋,就算設計出來,假若又拉出線去擴充新的元件,也就喪失一體化和美觀的意義了。

接著是PM2.5感測器偵測時空氣流動的方向,由於空氣是流動的,假使把它放進盒子裡,在開口不足的情況下,也只能偵測到盒子內的PM2.5濃度,而非所想要監測的空間濃度的變化量。

所以綜合以上兩點,其實只要設計一個支架,以擺設相關物品含行動電源即可。

STEP 2:尺寸量測與草圖

接著是尺寸量測的部分。首先必須先準備一把游標卡尺,然後先把板子的長、寬、高的尺寸都量測起來,再過來是板子上的孔徑與孔距的量測。

當所有尺寸都量好以後,接著在紙上記錄剛剛所量測的尺寸,並開始設計草圖。

STEP 3:電腦繪圖

電腦繪圖的部分,大家可依自己擅長的工具去選擇,至於要畫2D還是3D,這可以看自己之後的加工想要雷射切割還是3D列印去做決定,或者只是單純的出圖也行。這邊作者是使用Autodesk Inventor 去做建模。

首先是2D草圖:

然後就3D建模完成。

STEP 4:模型切片

因為作者想要送去3D列印,所以在給列印機列印之前,需經由切片軟體去設定列印參數與路徑。

STEP 5:3D列印

然後就等待、等待,再等待……。


STEP 6:修正問題

當列印完成後,偶爾會遇到一些失誤,這時就要想辦法去動手解決這些問題和修正,如:列印錯位和孔徑偏移等。

STEP 7:半成品出爐

這是一件值得高興的事情!

STEP 8:零件組裝

再過來就是與我們的開發套件做組裝,這邊你會需要準備的工具有螺絲起子和尖嘴鉗,零件則有:塑膠螺絲*4、塑膠六角螺柱*4、塑膠華斯*4、塑膠螺帽*4。

組裝所需工具與零件 (攝影/黃小棟)

組裝時記得不要鎖壞板子上的零件喔!

STEP 9 :完成組裝

YA~灑花!並且請大家仔細注意照片裡的成品,會注意到有多留幾個孔洞,那是為了日後方便給它加裝壓克力面板之類的零件,而預留的孔洞。

結語

整體來說,D2000_Gas_sensing開發套件的設計本身很不錯,完整度其實很高,蠻適合應用在有計畫性的案子,比如說公部門環境監測案之類的,或者是往教育方向也是不錯的選擇。但是若想要進入純Maker的領域,則不太好說,畢竟使用彈性不是那麼高,且已有不少類似的專案存在了。

(責任編輯:賴芳如)

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黃 小棟

黃 小棟

機電整合工程師,喜歡遊山玩水。多次參與Maker活動;曾自行設計和製作水下無人載具,現在則是平日手縫泰迪熊。
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