Misurare la polvere
Negli anni passati, abbiamo rivolto molta attenzione alla radioattività dell’ambiente e dei cibi. Poi abbiamo scoperto che non c’è troppo da preoccuparsi (tranne per chi vive vicino a incidenti come Chernobyl e Fukushima). In seguito abbiamo scoperto il Radon, che è molto diffuso, nei luoghi in cui viviamo, e sicuramente più pericoloso. Ma ultimamente, ci siamo accorti che esiste anche un terzo inquinante. La comune polvere. Se ne parla pochissimo, ma può avere effetti sulla salute anche peggiori del Radon.
Le “polveri” si dividono per dimensioni, dalle più piccole “polveri sottili” (da 0.1 a 2.5 um), fino alle medie (da 2.5 a 10 um), fino alle grandi (da 10 a 30 um), che sono i puntini visibili a occhio nudo nei raggi di sole. A seconda delle dimensioni, gli effetti biologici sono molto diversi. Le particelle grandi si fermano nel naso, e vengono eliminate facilmente. Le medie si fermano nei bronchi, e favoriscono tossi, bronchiti e allergie. Ma le peggiori sono le “polveri sottili” che, arrivando in profondità nei polmoni, si accumulano per tutta la vita, e possono causare gravi malattie.
Le polveri sottili si diffondono anche nel sangue e nella circolazione, danneggiano il sistema nervoso (irritabilità, depressione, insonnia, mal di testa, ecc…), e comportano un aumento generale dei problemi di salute (soprattutto nei soggetti più deboli, come i bambini e gli anziani). Causando infine, una maggiore incidenza di malattie cardiocircolatorie, patologie respiratorie, e tumori.
Spettrometria delle polveri
Inizialmente abbiamo progettato un sensore da costruire con le stampanti 3D. Ma in seguito abbiamo individuato i sensori SHARP, che costano meno di quello che si spenderebbe a farseli.
Il sensore SHARP GP2Y1010AU0F è meccanicamente e otticamente ben costruito, ma non contiene alcuni componenti di base per il suo funzionamento. Se lo si completa con il nostro adattatore, si riescono a rilevare, e contare uno per uno, anche i granelli di polvere medio piccoli. Quelli estremamente piccoli, che non si possono contare, alzano il livello di base e li si conta tutti insieme come polveri sottili. Un funzionamento davvero interessante. Nemmeno quelli che lo hanno progettato, lo hanno mai visto andare così bene.
La prima versione aveva un errore nello schema per cui il sample hold non funzionava bene e il tempo di caduta era molto lungo, quasi un secondo. Ci scusiamo con chi avesse già costruito la prima versione.
Questa seconda versione è ben testata e ancora più semplice da costruire della precedente. Il sample-hold funziona come da progetto e i tempi di salita e caduta sono nell’ordine delle decine di millisecondi. Volendo abbreviarli ulteriormente basta ridurre C3 e portarlo da 100 nF a 10 nF. Questa variazione comporta una leggera deriva della tensione nei dieci millisecondi di hold, ma riduce i tempi di salita e discesa a non più di 10 millisecondi.
Per ora non c’è un software specifico, ma gli impulsi di uscita sono ben visibili, anche con il solo HAL. Ed è anche facile misurarli e contarli con qualche riga di software. Presto completeremo anche il software per selezionarli in ampiezza e dividerli in Bins.
L’uscita di questo adattatore (SIG/+5V/GND) va collegata a un Pin configurato come Adc16. Il sensore SHARP va completato con una piccola ventola, per far passare l’aria dal foro a velocità costante. Si consiglia di utilizzare una ventola piccola e di mantenere il flusso di aria molto lento. Al posto del BC557 va benissimo un qualunque altro piccolo transistor PNP. Il condensatore C2 da 220 uF è un elettrolitico da almeno 6 Volt e, naturalmente, con il negativo a massa.
In questa immagine mostra le connessioni tra il “DustSensor Adapter” e il sensore SHARP. Cliccate sulla immagine per ingrandirla e vedere bene i colori.
Download
Download del progetto completo, che comprende il circuito stampato in formato Eagle, le immagini 3D, il GCode per fresarlo e le simulazioni PSpice:
https://www.theremino.com/wp-content/uploads/files/Adapter_SharpDustSensor_V2.zip
Sensore Sharp
Il sensore ottico Sharp GP2Y1010AU0F viene utilizzato per applicazioni di monitoraggio di qualità dell’aria: è sensibile alle particelle di polvere ed è in grado di rilevare polveri molto fini come quelle emesse dal fumo di una sigaretta.
Questo sensore costa circa 12 Euro. Fonti naturali 
di GP2Y1010AU0F sono:
https://www.sparkfun.com/products/9689
http://www.robot-italy.com/it/optical-dust-sensor-sharp-gp2y1010au0f.html
Sono disponibili altre informazioni in questi file PDF:
DustSensor_GP2Y1010au_DataSheet
DustSensor_GP2Y1010au_AppNotes
Grafico della tensione di uscita, rispetto alla densità totale di polvere. Questo grafico mostra cosa si otterrebbe se si usasse il sensore come previsto da SHARP. Invece il segnale di uscita dal nostro adattatore non è una tensione variabile come questa, ma impulsi di differente ampiezza, a seconda delle dimensioni dei singoli granelli.