مانیتور کیفیت هوای MS-07: سنسور دقیق SEN66 و قدرت ESP32-S3

به گفته CNX Software – Embedded Systems News

مانیتور کیفیت هوای داخلی MoreSense MS-07

مانیتور کیفیت هوای داخلی MoreSense MS-07 بر پایه مولتی‌سنسور Sensirion SEN66 ساخته شده است، از یک میکروکنترلر ESP32-S3 قدرت می‌گیرد و دارای یک صفحه‌نمایش لمسی خازنی 3.5 اینچی IPS برای نمایش گرافیکی داده‌های محلی و کنترل دستگاه است.
دستگاه MS-07 در واقع ارتقای مستقیمی برای مدل قدیمی‌تر MS-06 محسوب می‌شود که سنسور Sensirion SCD40 (مورد استفاده برای اندازه‌گیری پایه CO₂، دما و رطوبت) را با مولتی‌سنسور پیشرفته‌تر Sensirion SEN66 جایگزین کرده است؛ این سنسور جدید، پشتیبانی از تشخیص ذرات معلق PM1.0، PM2.5، PM4.0، PM10، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ترکیبات آلی فرار (VOCs) را به دستگاه اضافه می‌کند. همانند مدل قبلی، این دستگاه بر عملکرد محلی و حریم خصوصی تمرکز دارد و از ادغام با Home Assistant و Domoticz از طریق قابلیت شناسایی خودکار (autodiscovery) پروتکل MQTT و همچنین ادغام با Homey از طریق اپلیکیشن HomeyDuino پشتیبانی می‌کند. این دستگاه به‌طور معمول در خانه‌ها، دفاتر و محیط‌های داخلی برای ردیابی کیفیت هوا، پایش سطح آسایش محیطی و شاخص‌های آلودگی به‌صورت لحظه‌ای استفاده می‌شود.

مشخصات فنی MoreSense MS-07:

• میکروکنترلر: SoC مدل ESP32-S3، پردازنده دو هسته‌ای XTensa LX7 با فرکانس تا 240 مگاهرتز؛ 512 کیلوبایت SRAM؛ دارای وای‌فای 2.4 گیگاهرتز و بلوتوث داخلی
• ذخیره‌سازی: کارت حافظه microSD با ظرفیت 512 مگابایت (همراه دستگاه) برای ذخیره داده‌های اندازه‌گیری و فایل‌های صوتی
• نمایشگر: صفحه‌نمایش لمسی خازنی 3.5 اینچی IPS با رزولوشن 480×320 برای نمایش گرافیکی داده‌ها به صورت لحظه‌ای و پیمایش در رابط کاربری
• صدا: اسپیکر داخلی برای پخش صدا و هشدارها
• USB: پورت USB Type-C برای تامین توان و برنامه‌نویسی
• سنسور: Sensirion SEN66
  • دما: ‎-10°C تا ‎+60°C (دقت ±0.45°C)
  • رطوبت: 0% تا 100% RH (دقت ±4.5%)
  • ذرات معلق:
    • PM1.0 و PM2.5 (0-1,000 µg/m³، دقت ±5 µg/m³)
    • PM4.0 و PM10 (0-1,000 µg/m³، دقت ±25 µg/m³)
  • میزان CO₂: از 400 تا 5,000 ppm (دقت ±40 ppm + 5% مقدار قرائت شده)
  • شاخص NOx: بین 1 تا 500
  • شاخص VOC: بین 1 تا 500
• متفرقه:
  • دکمه‌های Battery و Reset
  • کلید سخت‌افزاری اصلی برای قطع و وصل تغذیه
  • قابلیت قرارگیری روی میز یا نصب روی دیوار
  • بدنه ساخته‌شده با پرینتر سه‌بعدی
• منبع تغذیه:
  • 5 ولت از طریق پورت USB Type-C (مصرف عملیاتی حدود ±1 وات / ±200 میلی‌آمپر)
  • باتری قابل شارژ داخلی Panasonic NCR18650BD با ظرفیت 3180 میلی‌آمپر ساعت (شارژدهی تا 10 ساعت)
• ابعاد: حدود 105 × 96 × 35 میلی‌متر (همراه با پایه)

مولتی‌سنسور Sensirion SEN66 به‌کار رفته در این دستگاه، از الگوریتم کالیبراسیون خودکار داخلی (ASC) پشتیبانی می‌کند. این سیستم پایین‌ترین سطح CO₂ را در یک دوره 6.5 روزه ردیابی کرده و از آن به عنوان سطح مبنای 420 ppm هوای تازه (فضای باز) استفاده می‌کند؛ همچنین گزینه‌هایی برای کالیبراسیون دستی با استفاده از یک مقدار مرجع سفارشی یا کالیبراسیون در هوای آزاد وجود دارد. طول عمر مفید این سنسور بیش از 10 سال تخمین زده می‌شود.
این سنسور همچنین شامل یک سیستم جبران‌ساز دمای داخلی برای حفظ دقت در قرائت دمای محیط است؛ این ویژگی بسیار مهم است، زیرا مدار شارژ باتری می‌تواند تا حدود 2.5 وات گرما تولید کند که در صورت عدم وجود جبران‌ساز، بر اندازه‌گیری‌های دما تأثیر منفی می‌گذاشت.
کارت microSD داده‌ها را هر 10 دقیقه یک‌بار در قالب یک فایل CSV ثبت می‌کند. این فایل حداکثر تا 56,880 رکورد را در خود جای می‌دهد که دقیقاً معادل یک سال و 30 روز است و پس از آن، سیستم به‌طور خودکار داده‌های قدیمی را پاک‌سازی می‌کند (auto-prunes).

رابط کاربری وب

محیط Home Assistant

فریمور در حال اجرا روی ESP32-S3 یک وب‌سرور داخلی را ارائه می‌دهد که به کاربران اجازه می‌دهد از طریق هر مرورگری در شبکه محلی به داشبورد دسترسی پیدا کرده، نشانگرهای زنده را مشاهده کنند، داده‌های تاریخی تا یک سال را تجزیه و تحلیل نمایند، تنظیمات را تغییر دهند و به‌روزرسانی‌های فریمور را به صورت بی‌سیم یا OTA انجام دهند. این دستگاه همچنین از پروتکل‌های MQTT و MQTT(S) با رمزنگاری TLS برای ارسال امن پیام‌ها و همچنین رابط REST API (دستورات HTTP GET) برای دسترسی مستقیم به داده‌ها پشتیبانی می‌کند که امکان ادغام با پلتفرم‌های Home Assistant، Domoticz و Homey را بدون نیاز به هیچ‌گونه سرویس ابری (cloud) فراهم می‌سازد.
برای مقاصد اتوماسیون، کاربران می‌توانند آستانه‌های سفارشی هشدار (نارنجی) و بحرانی (قرمز) را برای تک‌تک پارامترهای اندازه‌گیری شده تنظیم کنند. هنگامی که مقادیر از این آستانه‌ها فراتر بروند، دستگاه می‌تواند دستورات پیش‌فرض HTTP GET را اجرا کند؛ برای مثال، می‌تواند یک دوشاخه هوشمند وای‌فای متصل به سیستم تهویه را فعال کند. همچنین دستگاه می‌تواند هشدارهای صوتی با فرمت ‎.wav پخش کند. این دستگاه شامل یک باتری 3180 میلی‌آمپر ساعتی برای حدود 10 ساعت کارکرد پیوسته است و دارای یک حالت اقتصادی یا Eco-mode قابل تنظیم است که سنسور را در وضعیت خواب عمیق (deep sleep) قرار می‌دهد. در این حالت، دستگاه فقط در فواصل زمانی تعیین‌شده برای اندازه‌گیری، ثبت و ارسال داده‌ها (مثلاً از طریق MQTT) بیدار می‌شود و سپس دوباره به حالت کم‌مصرف بازمی‌گردد. مستندات کامل دستگاه از طریق یک دفترچه راهنمای PDF در دسترس قرار گرفته است.
پیش از این، ما درباره دیگر دستگاه‌های مانیتور کیفیت هوا نیز مقالاتی منتشر کرده بودیم؛ از جمله مانیتور Project Aura (مجهز به همین سنسور Sensirion SEN66)، کیت توسعه سنسور محیطی Novaduino و نسخه 1.1 از کیت توسعه کیفیت هوای M5Stack که شامل سنسورهای Sensirion SEN55 و SCD40 برای نظارت بر ذرات معلق PM1.0، PM2.5، PM4 و PM10، دما، رطوبت، VOC و غلظت CO2 بود.