室内空气模拟测试

- 最近的研究支持了这样一种观点，即这些冠状病毒像其他呼吸道病毒一样，倾向于在小于2.5微米的颗粒中传播。咳嗽产生的大颗粒会迅速沉降或蒸发，不会成为主要传播方式。一个超级传播者用正常的说话声音可以在大约10分钟内制造出6000个漂浮颗粒。有症状的咳嗽者产生的较大颗粒不会像小颗粒那样深入肺部。

- 烤面包产生的烟雾颗粒大小约为2.5微米，常用于测试HEPA过滤系统的效率。它们的行为与该尺寸范围内的任何颗粒相似——悬浮数小时，并被风扇、过滤器和开放窗户吹动。烤面包测试的好处在于，可以使用非常便宜且准确的传感器来跟踪这些颗粒，而无需进行大规模计算机模拟或冒着生命危险去检测活病毒。

- Toast Tester的构建非常简单，只需要一个PM2.5传感器、锂聚合物电池、ESP32微控制器和电源升压模块。我选择的传感器能够显示超过1000的数值——许多传感器做不到这一点。大多数这些PM2.5传感器已经经过了准确性研究，并且表现良好。所有组件都是为了配合定制设计的PLA打印外壳而精心挑选的。

- 1. PM2.5空气质量传感器及面包板适配器套件 - PMS5003 Adafruit $40

- 2. 锂聚合物电池 700毫安时 $4

- 3. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi蓝牙模块 1.14英寸LCD开发板 $11

- 4. PowerBoost 1000充电器 - 可充电5V锂聚合物USB升压@1A - 1000C Adafruit $18（但你可以使用更便宜的通用产品）

- 5. NeoPixel棒 - 8个5050 RGB LED带集成驱动 $6 Adafruit

- 6. 开关按钮 / 按钮切换开关 Adafruit $2

- Toast Tester的外壳分为三个部分进行3D打印。所有部件都使用PLA材料打印，无需支撑结构。后盖设计为可以卡入到位。前部的“狗鼻子”部分用超级胶水粘合，确保鼻孔与传感器的进气和出气孔对齐，因为传感器通过这些孔采样空气。

- 该设备的接线相对简单。传感器有RX、TX电源和地线，如果使用Adafruit提供的套件，会有一个用于接线的转接板——或者你可以直接查看并连接相应的电线。你只需要连接TX线到TTGo开发板的13号引脚，因为它是通过串行通信工作的，不需要与单元进行双向通信。将GND（地线）和电源线连接到升压单元，因为你需要5伏电压来运行传感器，但逻辑电平是3伏。同样，从升压单元为NeoPixel条供电，因为它也需要5伏电压。

- 锂聚合物电池通过开/关开关连接到TTGo开发板，这样在设备后部插入电源时也可以给电池充电。NeoPixel的数据线从TTGo的33号引脚引出。TTGo上的按钮和彩色屏幕内部已经连接好了，所以这就是全部的接线工作了。

- 软件的核心是Adafruit为PM2.5AQI传感器提供的程序和库，它会在通电后立即读取来自传感器的串行数据流中的大量颗粒信息。软件中添加了Blynk库和定时器，用于将数据上传到Blynk应用程序、根据PM2.5水平调整NeoPixel阵列的颜色以及进行内置输出屏幕上的大量计算。

- 在设置过程中，程序初始化串行端口和串行1端口，并设置从传感器接收输入的引脚。Blynk定时器被初始化为每5秒通过WiFi连接报告一次数据。确保输入你的网络凭据和密码。你还需要设置一个Blynk账户并提供认证码以让Blynk获取数据。屏幕被初始化，串行端口与传感器的连接也被检查。Toast Test的标志在主屏幕上设置好。NeoPixel组被初始化为关闭状态。

- 在程序的主要部分，持续检查PM2.5水平直到其上升超过1000。这标志着测试开始，程序中的计时器开始运行，以确定颗粒水平上升和下降的速度及速率。所有这些信息都以一系列条形图的形式显示出来，并通过WiFi发送到Blynk应用程序进行图形化展示。

附件位置提供了编程文件：

- 在接线完成后，组装设备非常简单。首先安装的是NeoPixel条，使用E6000胶水将其固定在装置顶部，使LED朝内。底座单元已经3D打印好，以确保TTGo开发板正好放置在屏幕和按钮的正确位置。在天线基座附近添加一些胶水来稳固计算机单元的位置。升压单元则粘贴在底座单元的一侧，如照片所示。

- 分开的按钮及其环圈用超级胶水固定在机壳上。开/关开关安装在其孔中并用超级胶水固定。最后将电池和大型传感器安置到位。确保传感器的进气口和出气口与机壳上的相应开口对齐。后盖可以卡入位置，留出顶部的充电口。最后一步是用E6000胶水将“狗鼻子”部分粘合到机壳上。

- Toast Test的操作非常简单。首先检查要评估新冠病毒风险的封闭空间，以最大化清除气溶胶的能力。打开窗户，启动风扇，将HEPA过滤器调至最大。标准烤面包机中插入两片面包以增加烤面包厚度。确保测试区域内的所有烟雾报警器被关闭、密封或移除。将Toast Tester放置在烤面包机旁边。

- 启动Toast Tester装置后，“Toast Test”烤面包机标志会出现。“插入面包”标志也会显示。将烤面包机调至最高档并按下烤面包。当烤面包机开始冒出细烟时，观察屏幕。一旦条形图出现，表示Toast Test已启动，此时可以关闭烤面包机。这意味着传感器检测到的PM2.5水平超过1000微克/立方米，并会启动计时器和数据传输。

- 左侧下方的按钮用于重置装置，如果需要进行另一次测试。输出屏幕上会提供测试过程中的信息。顶部数字显示当前PM2.5水平。右侧条形图显示水平是否上升或下降及其速度。左侧条形图显示从初始高点开始的百分比变化。底部的小数字是测试开始时达到的最大PM2.5水平。左侧的数字显示当前读数相对于最高值的百分比以及自测试开始以来的时间（分钟和秒）。当PM2.5水平降低80%时，测试结束。

- 在过去的一个月中，我对Toast Tester进行了有限的测试。上面展示了三个代表性的数据图表。蓝色线条表示PM2.5浓度（微克/立方米）随时间的变化，浅绿色线条表示该水平随时间的累积值。

- 左侧的图表是在静止无风的户外进行的Toast Test。Toast Tester在达到测试启动的最大值后，8秒内下降了80%。这表明在户外几乎没有病毒云状物的持续存在。

- 右下角的图表是在一个500立方英尺的房间内进行的测试。在达到高测试水平后，水平保持不变约15分钟，直到打开一扇门，此时水平立即下降。这证明了测试能够识别并记录气溶胶停滞的情况，在这种情况下病毒云会持续存在。

- 右上角的图表展示了一个7500立方英尺的房间，窗户打开且有天花板风扇运行的情况。初始高水平逐渐减少，在5分钟内降至20%。这表征了一个“正常”的测试，从高水平到低水平的过渡可以通过测试恢复正常所需的时间来描述。

- 我最初使用HEPA过滤器的经验表明，家用设备在高档位运行时，虽然PM2.5水平缓慢但稳定地下降，但这完全被打开一扇窗户的效果所超越。

- 美国环保署在其室内HEPA过滤单元竞赛中认为，PM2.5云减少80%是显著的，因此我们在Toast Test中采用了这一标准。多个Toast Test装置可以通过蓝牙或WiFi联网，以增加额外的3D建模能力，显示感染性云如何在一个封闭空间内消散。Toast Test试图回答的问题是——如果传染源进入房间，这个封闭空间有多安全？