LASS4U - 帶起與驗證

系統安裝與升級

哈爸拿到硬體，需要升級軟體，這裡是學習的過程
建議使用：Arduino 1.6.7 + Ameba SDK 1.0.8

Download/Install Arduino IDE 1.6.7
Install Ameba SDK 1.0.8

Ameba Web User manual in the download area

Ameba installation : 以為要另外裝 SDK 1.08, 原來自動搞定

安裝

安裝 Libraries: copy 所有 libraries 內容到 Arduino workspace/libraries, 重啟 Arduino IDE

Compile, Update code, Library Check
Install LASS4U main program

OK, some code running

Install HMI related

Nextion

螢幕內存需要更新，將檔案 hmi/lassHmifinal.tft 放入 SD 卡中，放入 HMI SD 插槽，直到看到 Update successfully, (注意須為 FAT32 檔案格式)

基礎設定

wifi/IOT/gps

在 google map 中，點上需要的位置，將經緯度照抄到 UI 上即可

系統狀態檢查

當 wifi 連上線，主畫面右上角有兩個燈號，左邊為心跳燈，應該在閃爍，右燈為網路燈，恆亮表示wifi 連上線。當網路連得上 internet 後，最右格將會顯示正確時間。二氧化碳的值我們常看到 390-500, > 800 表示空氣中 CO2 累積。一般人的呼氣可以達到 40000, 所以隨便對感測器吐氣，上到 2000 以上是很容易的。PM2.5 感測值應該跟附近的環保署測站差異不太大。不過由於 LASS 感測每一分鐘一次，有時指標會時間上領先官方資料

直接更新方法

在 mac 上，replace ram_all.bin, 執行 upload_dap_mac, 即可更新 firmware, 注意 upload_dap_mac 需執行約一分鐘
直接執行
- cp "ram_all.bin" /Volumes/MBED/;sync
- 也可以，也是需要執行一分鐘

校正方法探討

溫室效應－台灣地區二氧化碳濃度的變化之探討

大氣背景值隨者時間與地點變異量可達 40 ppm 左右

環保署-空氣品質測站-即時值查詢

目前全球大氣背景值查詢

校正方法

大氣背景校正
氮氣零點校正
ABC 校正法
- ABC一般也不會馬上就調到那個最低值, 而是慢慢接近，所以datasheet都寫要三周

校正參考值

一般室內環境8天內最少都會有到最低值，接近400ppm

土砲驗證 CO2 的值

驗證一至十八，目的是感受數值的變化，尚未執行標準校正程序
室內一般值：432
驗證一：室內通風處，每分鐘紀錄一次值，紀錄10 分鐘
分鐘 CO2 顯示值

0 432

1 456

2 472

3 460

4 450

5 465

6 463

7 454

8 445

9 453

Avg/Std 455/11.2
驗證二：CO2 感測器閃光頻率
約 4 秒週期一次

驗證三：感測器數值在螢幕上改變的頻率
皆大於 4 秒

驗證四：用清潔相機的吹氣球，對感測器吹氣，看是否有影響
吹氣一分鐘，數值可以從 440 升到 560 => 怪了，吹氣也影響？

驗證五：用電風扇吹，因為用手灌氣有點累
分鐘 CO2 顯示值

0 434

1 429

2 427

3 422

4 421

5 420

6 420

7 420

8 418

9 416

Avg/Std 422/5.5

=> 可能因為通風，所以標準差比較低，數值比較穩定。

=> 吹氣，應該沒有關係，驗證四可能是因為哈爸運動，所以多吐了口氣

驗證六：用口吹，看數值變化

方法：對 CO2 感測器持續吹氣，距離約 20 公分，並於換氣時，記錄感測值，連續 90 秒。吹氣和換氣，一次約 5 秒

秒	CO2 數值
0	460
5	733
10	1003
15	1302
20	1667
25	2249
30	2572
35	2815
40	3001
45	3137
50	3256
55	3333
60	3391
65	3240
70	3175
75	3134
80	3061
85	3071
90	3077

==> 數值上升很快，下降的速度卻很慢

稱為磁滯性

驗證七：用塑膠袋套起來，裝一般空氣進去，看數值變化

起始值：508

被一般塑膠袋包起來，沒特別灌氣（使用一般空氣），封口綁起來

分鐘	CO2 值
0	508
1	632
2	659
3	664
4	666
5	666
6	669
7	678
8	700
9	711
10	713
11	714
12	714
13	713
14	713
15	711

=> 在塑膠袋內，不是很理解為何數值為有些為的上升

驗證八：用塑膠袋套起來，裝一般空氣進去，在外部吹氣，看是否CO2 容易漏進去，看數值變化

除非硬是從開口處吹入，要不然不會影響數值，從開口處吹入，雖然塑膠袋不會鼓起來，但是數值一下子就可以上到 1200

驗證九：用塑膠袋套起來，口吹空氣進去，看數值變化

吹氣到塑膠袋鼓起來，持續吹氣，20 秒內數值可達 10000, 似乎達到顯示或感測的極限值，不會大於 10000, 數值這麼剛好，應該遇到極限值。

靜置五分鐘，數值使用保持 10000。開啟時發現濕度 102%

驗證十：檢查數值下降的速度，一般不影響的情況下

方法：在塑膠袋內，讓數值到 10000 後，然後開啟塑膠袋，在沒特別介入的情況下，看數值下降的速度，每次數值變化時，記錄時間與數值

數值	時間(s)
10000	0
10000	15
9073	16.8
7548	20.6
6277	25.9
5215	29.6
4306	33.2
3587	37.8
2992	42.3
2533	45.1
2160	49.8
1877	53.9
1670	58.1
1536	62
1396	66.1
1267	69.9
1137	74.2
1020	78
924	82.1
844	86.5
776	90.8
713	94.6
712	98.7
689	102.9
667	106.2
641	111.0
615	115.0
590	119.0
572	123.2
550	127.6
532	131.4
515	135.1
498	139.4
487	144.2
471	147.3
471	170	連續 20 秒值都相同

Axis X: second, Axis Y: CO2 value

驗證十一：檢查數值下降的速度，吹電風扇的情況下

方法：在塑膠袋內，讓數值到 10000 後，然後開啟塑膠袋，在沒特別介入的情況下，看數值下降的速度，，每次數值變化時，記錄時間與數值

-數值
+時間
+.0
+.6
+.9
+.5
+.3
+.5
+.5
+.6
+.6
+.9
+.9
+.5
+.1
+.0
+.3
+.5
+.3
+.1
+.3
+.0
+.8
+.3
+.3
+.2
+.9
+.5
+.5
+.4
+.6
+.8
+.5
+.5
+.6
+.5
+.3

吹電扇與不吹電扇數值下降分析

降到的值	沒吹花的時間	有吹花的時間
10000	0	0
5000	14.6	13.5
2000	34	28.4
1000	63	44.5
500	120.1	85.2

=>有吹電扇降得快，下降的差異非線性，以曲線的差異進行

驗證十二：用塑膠袋套起來，把空氣吸光，看數值變化

用吸管吸，反而還是會將口中空氣送入，數值反而會上升，可以到達 1900

驗證十三：在關門的室內，睡眠一晚，觀察數值變化

-時間
-:00
-:30
-:00
-:30
-:15
-:00
-:30
-:45
+開門後 15 分鐘

平均每小時上升 (1200-593)/6= 101 ppm/hr

=> 整夜的感測正常，系統有一定的穩定度。充電寶可以支持整晚的感測

=> 門開著和關著差異很大

驗證十四：開機到穩態所需要的時間：

驗證原因：發現每次開機都第一次出現的數值都是一千多，然後持續下降，想系統似乎有暖機的需要。開機後顯示第一個值得時間都固定在 11 秒

開機後低一次出現的數值：一般在 xx 秒後會出現第一次的值，紀錄值為多少

到穩態所需要的時間：

有吹電扇

第幾次實驗	開機後低一次出現的數值	到穩態所需要的時間
1	538	立刻
2	527	立刻

沒吹電扇

第幾次實驗	開機後低一次出現的數值	到穩態所需要的時間
1	463	立刻
2	473	立刻
3	474	立刻

=> 初始看到奇怪的現象原因是，感測器跟人的口鼻相距約 40 公分，雖無故意吹氣，但還是影響到感測值。並無暖機的需要

驗證十五：山上空氣是不是比較好

原因：想觀察白天山上的 CO2 是不是比較低

驗證環境說明：新竹 18 尖山測試， 4/19 陽光普照，天氣好，有微微新竹風，

測試時開機，讀取初始值，靜置十分鐘，然後讀取值

入口處：在 18 尖山，入口涼亭附近少人出入處

接近山頂樹林：322 階樓梯上山，快到頂，少人出入處

家附近公園：馬偕附近公園，距離 18 尖山，約為兩公里，為上次測量大氣背景值得到 422 之處

時間	地點說明	初始數值	十分鐘後	補充
12:40	山下入囗處	404	391
12:57	接近山頂樹林內	457	391	初始值可能受測試人員影響
13:22	家附近公園	389	390
14:25	4F家內無人通風房間		411

=> 觀察快速結論：在微風徐徐的環境下，山上很多樹的地方，和附近兩公里處的平地公園，沒有差異。

驗證十六：大巴士怠速觀察

在怠速等客人的大巴士後面 1.5 公尺，觀察數值

附近參考點

巴士後面情境
巴士後面感測值

=> 巴士後面 PM2.5 有點高，CO2 高達 2000, 加上巴士空調散熱，溫升 6 度。不建議待在巴士後面

驗證十六：寺廟內，香客稀少時的觀測

參考點同驗證十五

廟內遠離香爐處

=> 因為香客少，廟內空氣算正常（以廟內來說），但是數值上可是超高，廟內不是久待之地。PS: CO2 不見得可以參考，說不定被觀測員呼吸影響

驗證十七：風景區白天大氣參考值

參考點同驗證十五

=> 在附近隨機量測 CO2 的最低值，或許可以當作大氣參考值

驗證十八：味道很重的處理蚵工作區，是否會影響 PM2.5

參考點

蚵工作區

=> 聞起來味道很差，感測卻是沒差

驗證十九：環保六期機車怠速觀測

在離排氣口約 25 公分處，正對排氣方向，進行感測

參考值

觀測值

=> 離排氣方向差異一點，整個 CO2 的濃度就會少很多，推測由於環境有風，如果沒有在排氣路線上，CO2 消散的很快。

=> 本來猜測 PM2.5 應會有些許的升高，但其實感測結果並沒有發現升高，甚至有降低的現象，可能受到氣流的影響，進氣減少數值下降。環保六期的機車似乎不錯

=> CO2 值如預期相當的高

學習應該有什麼感測值

Android裝置測定室內二氧化碳濃度感測器之研究

大氣中二氧化碳的含量約在0.03~0.04 % 之間
室內空氣品質檢驗測定管理辦法提出CO2濃度於8小時取平均結果下，室內必須維持二氧化碳濃度於1000ppm以下
本研究將硬體成果利用ATMEGA328晶片進行燒錄，採用試驗模型箱進行實驗驗證、所得誤差範圍平均是3.21%，同時利用市售二氧化碳感測器HT-2000比較在1000ppm的二氧化碳濃度結果，結果顯示和HT-2000誤差範圍平均是3.04%

Wiki - 二氧化碳

截至2013年5月，地球大氣層中的二氧化碳濃度曾一度超過400 ppm（百萬分之400或0.04%）[1]。2000至2009年間的濃度增長率為每年2.0 ppm，且逐年加速。[2][3]目前的濃度比工業化之前的280 ppm濃度高得多，而人為因素是導致二氧化碳濃度急劇上升的主要原因。[4]釋放出的二氧化碳中，57%進入大氣層，其餘的則進入海洋，造成海洋酸化。多達四成的地面二氧化碳排放是由於火山爆發。據估計，每年火山爆發釋放約130-230萬公噸（145-255萬噸）二氧化碳到大氣中。溫泉等也產生大量二氧化碳。人類排放的二氧化碳超過火山爆發排放量130倍以上：2012年全球排放量為316億公噸。

O2的正常含量是0.04%，當CO2的濃度達1%會使人感到氣悶、頭昏、心悸，達到4%~5%時人會感到氣喘、頭痛、眩暈，而達到10%的時候，會使人體機能嚴重混亂，使人喪失知覺、神志不清、呼吸停止而死亡。

Wiki - 呼吸

吸入：二氧化碳佔0.03%，氧氣佔21%，呼出：二氧化碳佔4-5.3%，氧氣佔13-16%

吸氣量、呼氣量、呼吸次數

一個人正常吸一口氣時，大約可以吸入0.5公升的空氣。
深吸一口氣時，吸入的空氣量可再增加約2.5~3.5公升。
而正常呼一口氣約可呼出0.5公升的氣體，如果再用力，尚可呼出另外1公升的氣體。
不管何時，肺內都還保留一些儲備氣體。在靜止狀態下，一個人1分鐘約呼吸12~17次。

不同年紀的呼吸量

各年齡層呼吸的正常值

● 新生兒期 ─ 呼吸(次/分鐘) 36-60

● 嬰兒期 ─ 呼吸(次/分鐘) 40-46

● 幼兒兒童期 ─ 呼吸(次/分鐘) 20-24

● 青少年期 ─ 呼吸(次/分鐘) 16-22

● 成年期 ─ 呼吸(次/分鐘) 12-20

● 老年期 ─ 呼吸(次/分鐘) 12-18

Q&A

一般室外CO2 正常值的範圍？

平均 400 ppm

如果想知道每年 2.0 ppm 的增長值，要如何量測？

穩定的環境中（固定溫度，給電風扇），長期的平均值（每分鐘一筆，一天）或許可以當作量測值

二氧化碳中毒是人吸入高濃度的二氧化碳所出現的昏迷及腦缺氧情況，一般大氣中二氧化碳含量超過1%時，人即有輕度中毒反應；當超過3%時，開始出現呼吸困難；超過6%時，就會深度中毒甚至死亡。

如何土砲預設封閉室內有人，CO2 濃度的上升速度？

人數*成年人每分鐘呼吸次數*每次公升數*呼氣的CO2比例/(空間容量=長*寬*高*空曠比例)* 通風參數

4*16*4.65%/(3.2m*3.6m*2.7m*0.8)*1 = 2.976*10000/24883 = 1.196 ppm/min = 71.75 ppm/hr = 574 ppm/8 hr

長期（幾個小時）在 400 ppm 和 1200 ppm 時，對人體的影響

消基會表示，環保署公告的二氧化碳建議值為一千ppm，但室內二氧化碳濃度只要超過八百ppm，就會令人感到不舒服、疲倦或頭痛；超過一千ppm，更會影響呼吸、循環系統及大腦機能，甚至有嘔吐狀況。建議在這些場所改善前，民眾盡量少去，或挑選人潮較少的時間去，每隔一段時間或覺得不舒服時，就到戶外透氣。

一般可以遇到的環境中，CO2 感測值應為多少？

給系統建議

參考資料

校園環境中二氧化碳濃度之調查與研究

從數據看全球暖化 - 政策研究指標資料庫PRIDE

室內空氣品質管理法(100.11.23.制定)

室內空氣品質標準（101.11.23.訂定）

A Year In The Life Of Earth’s CO2

whats-warming-the-world

分鐘	CO2 顯示值
0	432
1	456
2	472
3	460
4	450
5	465
6	463
7	454
8	445
9	453
Avg/Std	455/11.2

分鐘	CO2 顯示值
0	434
1	429
2	427
3	422
4	421
5	420
6	420
7	420
8	418
9	416
Avg/Std	422/5.5