Привет.
Меня зовут Игорь, мне 40+ (кажется, официально уже бумер).

Пока мир летит в жопу, старательно набирая скорость я продолжаю делать стартап под названием Atmy. Маленькой командой мы пилим мало кому известный хардварный проект – уличные датчики качества воздуха в оболочке умного домашнего устройства.

А здесь на Хабре обычно пишу хронику, как наш стартап не успешно не вышел на рынок. Так сказать, сериал про предпринимательскую реальность.

Ну штош. В этот раз о «железках».

Главный элемент нашего устройства — лазерный сенсор.

Он работает довольно просто:

• есть лазерный диод

• есть фотодиод

• между ними проходит поток воздуха

• частицы пыли рассеивают лазерный луч

• фотодиод фиксирует вспышки рассеянного света

По количеству и интенсивности этих вспышек сенсор оценивает концентрацию частиц PM.

Принцип примерно такой:

(когда-то я даже делал анимацию этого процесса)

Участники сегодняшнего вскрытия

Сегодня сравним два сенсора:

• Plantower PMS7003

• Sensirion SPS30

Если вы когда-нибудь делали DIY-датчик воздуха — почти наверняка использовали датчики Plantower 5003 или Novafitness SDS011. Так же известные сети мониторинга воздуха ими пользуются:

• PurpleAir, AirGradient —PMS5003

• Luftdaten / Sensor.community — SDS011

Самый оптимальный на мой взгляд вариант Plantower, Novafitness заметно менее точный https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/lej/article/view/263189/175126

Все остальные решения на рынке примерно похожи, но именно Plantower считаются одними из лучших. Сейчас в наших устройствах используется модель PMS7003.

Я уже писал подробно, как нам удалось получить довольно качественные данные из PMS7003: https://habr.com/ru/articles/848320/

Но сегодня мы поговорим про конструкцию.

Я аккуратно разложил датчики на коврике с сеткой 10×10 мм.

Честно говоря, это просто мой рабочий коврик. Но оказалось, что по нему удобно оценивать размеры.

 

Вскрытие Plantower PMS7003

Корпус сенсора сделан из нержавеющей стали и держится на защёлках.

Тут важно отметить, что корпус покрыт черным пластиковым слоем для уменьшения отражения света. Слева на плате можно заметить пружинку, которая касается корпуса. Похоже, это заземление с корпусом.

Вентилятор

Сверху стоит вентилятор с маркировкой PLANTOWER. Он засасывает воздух в нижнюю камеру, где происходит измерение.

Поток воздуха проходит через:

• лазер и фотодиод

• затем выходит через отверстие в плате

И тут есть один момент.

Воздух обдувает саму плату. Если воздух грязный (а мы вообще-то именно это и измеряем), пыль постепенно оседает на электронике, забивается в углах и самом вентиляторе.

Спойлер: со временем это приводит к проблемам — засоряется камера лазера, а вентилятор начинает выдавать «шум», пока в итоге совсем не выходит из строя.

 

Электроника

На плате находится микроконтроллер с маркировкой: PLANTOWER PT-DSC0916. Дата производства — 37 неделя 2022 года.

Камера измерения

Снимаем нижний экран именно здесь камера измерения.

Внутри:

• разъём Molex

• лазерный модуль в пластиковом кожухе

• фотодиод

Лазерный модуль припаян прямо к плате. Фотодиод установлен напротив отверстия в корпусе. Отсоединив и разобрав вентилятор, какой-то дополнительной маркировки не нашел.

Больше ничего интересного.

Вскрытие Sensirion SPS30

Здесь всё собрано на винтах Torx.

Снимаем верхнюю зелёную крышку. Под ней лежит странная прокладка. Честно говоря, я до конца не понял её функцию. Если у вас есть идеи — напишите в комментариях.

Внутренний модуль

Под стальной крышкой находится ещё одна камера — в ней лазер и фотодиод. Чтобы до неё добраться, нужно открутить винты на плате. Когда всё разобрано, становится видно главное отличие конструкции.

Камера измерения

В Sensirion камера:

• без острых углов

• с гладким пластиком внутри

В Plantower камера имеет довольно резкие углы. Это кажется мелочью, но на практике это влияет на накопление пыли. Гладкая камера Sensirion меньше зарастает пылью со временем. Плюс у SPS30 есть программная функция самоочистки (продувки).

Вентилятор

И вот здесь самое интересное.

В Sensirion используется MagLev-вентилятор фирмы SUNON.

Теперь понятно, почему этот сенсор дороже: существенная часть стоимости приходится на вентилятор, поэтому Sensirion и заявляет срок службы сенсора до 10 лет.

Электроника

На плате находится микроконтроллер с маркировкой LO31U6 GQ20C19 VGCHNX 936. Я не нашел никакого упоминания этого чипа и скорее всего это кастомный чип. Может вы так же поможете разобраться в его архитектуре.

На этом все? Почти.

Есть ещё одно отличие, но оно не критичное.

Plantower PMS7003

• передаёт целочисленные значения количества частиц

Поэтому при очень чистом воздухе он иногда показывает 0. Есть упоминание в исследовании: https://www.mdpi.com/1424-8220/22/7/2755

На это, кстати, обращал внимание профессор Achim Dittler из Karlsruhe Institute of Technology. В некоторых случаях наши датчики показывали ноль, а эталонный прибор всё ещё фиксировал частицы.

Sensirion SPS30

• передаёт значения с плавающей точкой

Поэтому провалов до нуля практически не бывает. Но на практике это не самая большая проблема.

Итог

Plantower PMS7003

• дешёвый

• широко используется

• с хорошей калибровкой даёт вполне достойные данные

Sensirion SPS30

• лучше конструкция камеры

• меньше накапливается пыль

• MagLev вентилятор

• больший срок службы

Поэтому в новых моделях Atmy мы переходим на SPS30.

Не потому, что PMS7003 плохой. Просто у Sensirion конструкция получилась более инженерно аккуратной. А для уличных датчиков, которые должны работать годами, такие детали начинают играть роль.

Финалим!

Если у вас есть вопросы, хотите поделиться собственной болью или просто наблюдать за моей — велкам в наш общий телеграм чат Atmy Hub.

А прямо сейчас мы пилим Android-приложение для Atmy.

Параллельно наш схемотехник открывает новую версию платы, выкидывает оттуда Plantower, аккуратно вставляет SPS30 и, судя по ощущениям, периодически втыкает иголки в мою куклу Вуду.

Стартап-процесс, как он есть.

В итоге всё выглядит примерно так:

• немного инженерии

• немного хаоса

• и какая-то подозрительная турбо-уверенность, что всё получится

В общем, вот такой у нас стартап.

Если вам было интересно — напишите комментарий.
Если было не интересно — тоже напишите.

Стартапы — это весело.

UPD

После того как я опубликовал перевод этой статьи в LinkedIn, в комментариях ответили представители компании Sensirion и рассказали, для чего нужна эта белая прокладка.

«Прокладка, о которой вы упоминаете в разборе SPS30, на самом деле является фильтром. Этот фильтр является частью запатентованной технологии Sensirion — sheath flow (или технологии защиты от загрязнений, как она называется в даташите SPS30).

Она работает следующим образом: небольшая часть воздуха всасывается через входное отверстие в зелёной части сенсора, проходит через фильтр и затем впрыскивается через маленькие щели прямо перед фотодиодом, поглотителем луча (beam dump) и лазерным диодом.

Этот «чехол» из чистого воздуха оборачивает поток загрязнённого воздуха, который измеряется, и обеспечивает, чтобы оптические компоненты оставались чистыми. Именно поэтому сенсор может иметь такой долгий срок службы.»