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[12484] 2018-03-19_如何自己动手制作一个靠谱的PM2.5检测仪

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2018-03-19_如何自己动手制作一个靠谱的PM2.5检测仪 如 何 自 己 动 手 制 作 一 个 靠 谱 的 P M 2 . 5 检 测 仪 _ 橙 子   ゝ   F r e e B u f   2 0 1 8 - 0 3 - 1 9 * 本 文 作 者 ： 本 文 作 者 ： _ 橙 子 橙 子   ゝ ， 本 文 属 ゝ ， 本 文 属   F r e e B u f   原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 。 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 。 气 象 专 家 和 医 学 专 家 认 为 ， 由 细 颗 粒 物 造 成 的 灰 霾 天 气 对 人 体 健 康 的 危 害 甚 至 要 比 沙 尘 暴 更 大 。 粒 径 1 0 微 米 以 上 的 颗 粒 物 ， 会 被 挡 在 人 的 鼻 子 外 面 ； 粒 径 在 2 . 5 微 米 至 1 0 微 米 之 间 的 颗 粒 物 ， 能 够 进 入 上 呼 吸 道 ， 但 部 分 可 通 过 痰 液 等 排 出 体 外 ， 另 外 也 会 被 鼻 腔 内 部 的 绒 毛 阻 挡 ， 对 人 体 健 康 危 害 相 对 较 小 ； 而 粒 径 在 2 . 5 微 米 以   下 的 细 颗 粒 物 ， 直 径 相 当 于 人 类 头 发 的 1 / 1 0 大 小 ， 不 易 被 阻 挡 。 被 吸 入 人 体 后 会 直 接 进 入 支 气 管 ， 干 扰 肺 部 的 气 体 交 换 ， 引 发 包 括 哮 喘 、 支 气 管 炎 和 心 血 管 病 等 方 面 的 疾 病 。 当 前 社 会 ， 身 体 健 康 问 题 已 经 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 网 上 买 一 个 网 上 买 一 个 P M 2 . 5 需 要 好 几 百 ， 太 贵 了 ， 贫 穷 限 制 了 我 的 想 象 ， 刚 好 最 近 国 内 需 要 好 几 百 ， 太 贵 了 ， 贫 穷 限 制 了 我 的 想 象 ， 刚 好 最 近 国 内 M i c r o p y t h o n 火 的 不 行 ， 从 网 上 火 的 不 行 ， 从 网 上 发 现 了 一 个 发 现 了 一 个 M i c r o p y t h o n 的 开 发 板 的 开 发 板 — — T P Y B o a r d ， 正 好 用 ， 正 好 用 M i c r o p y t h o n 编 辑 ， 我 就 自 己 动 手 做 了 一 个 简 单 的 编 辑 ， 我 就 自 己 动 手 做 了 一 个 简 单 的 P M 2 . 5 检 测 仪 ， 妈 妈 再 也 不 用 担 心 我 的 健 康 啦 。 下 面 我 带 大 家 自 己 动 手 制 作 一 个 简 单 精 确 的 检 测 仪 ， 妈 妈 再 也 不 用 担 心 我 的 健 康 啦 。 下 面 我 带 大 家 自 己 动 手 制 作 一 个 简 单 精 确 的 p m 2 . 5 检 测 仪 。 检 测 仪 。 材 料 准 备 材 料 准 备 P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 1 个 T P Y B o a r d   v 1 0 2 开 发 板 1 块 5 1 1 0 显 示 屏 或 者 o l e d 显 示 屏 1 块 杜 邦 线 若 干
T P Y B o a r d   v 1 0 2 P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 工 作 原 理 粉 尘 传 感 器 工 作 原 理 P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 的 工 作 原 理 是 根 据 光 的 散 射 原 理 来 开 发 的 ， 微 粒 和 分 子 在 光 的 照 射 下 会 产 生 光 的 散 射 现 象 ， 与 此 同 时 ， 还 吸 收 部 分 照 射 光 的 能 量 。 当 一 束 平 行 单 色 光 入 射 到 被 测 颗 粒 场 时 ， 会 受 到 颗 粒 周 围 散 射 和 吸 收 的 影 响 ， 光 强 将 被 衰 减 。 如 此 一 来 便 可 求 得 入 射 光 通 过 待 测 浓 度 场 的 相 对 衰 减 率 。 而 相 对 衰 减 率 的 大 小 基 本 上 能 线 性 反 应 待 测 场 灰 尘 的 相 对 浓 度 。 光 强 的 大 小 和 经 光 电 转 换 的 电 信 号 强 弱 成 正 比 ， 通 过 测 得 电 信 号 就 可 以 求 得 相 对 衰 减 率 ， 进 而 就 可 以 测 定 待 测 场 里 灰 尘 的 浓 度 。 在 传 感 器 的 中 间 有 一 个 洞 ， 这 个 洞 可 以 让 空 气 在 里 面 流 通 。 在 洞 的 两 个 边 缘   ， 一 面 安 装 有 一 个 激 光 发 射 器 ， 另 一 面 安 装 有 激 光 接 收 器 。 这 样 一 来 ， 空 气 流 过 这 个 小 洞 ， 空 气 里 的 颗 粒 物 呢 就 会 挡 住 激 光 ， 从 而 产 生 散 射 ， 另 一 面 的 接 收 器 ， 是 依 据 接 收 到 的 激 光 强 度 来 发 出 不 同 的 信 号 的 （ 其 实 就 是 输 出 不 同 的 电 压 值 ） 。 这 样 一 来 ， 空 气 里 的 颗 粒 物 越 多 ， 输 出 的 电 压 越 高 ， 颗 粒 物 越 少 ， 输 出 的 电 压 越 低 。 内 部 结 构 如 图 内 部 结 构 仿 真 图 所 示 ：
P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 传 感 器 数 据 处 理 粉 尘 传 感 器 传 感 器 数 据 处 理 上 面 说 了 传 感 器 的 原 理 ， 接 下 来 就 说 说 它 传 出 来 的 信 号 和 对 于 接 收 到 的 信 号 的 计 算 吧 。 这 个 传 感 器 的 输 出 数 据 是 靠 串 口 进 行 传 输 的 ， 传 感 器 会 通 过 串 口 每 1 0 m s 不 到 （ 一 般 3 ～ 4 m s ） 发 送 一 个 数 据 ， 数 据 的 类 型 大 致 是 个 “ 0 X 0 0 ” 这 样 的 1 6 进 制 的 数 据 。 每 次 的 数 据 会 以 “ 0 X A A ” 作 为 起 始 端 ， 以 “ 0 X F F ” 作 为 结 束 端 。 共 7 个 数 据 位 ， 7 个 数 据 位 中 包 含 了 起 始 位 ， 结 束 位 ， 数 据 高 位 ， 数 据 低 位 ， 数 据 高 校 验 位 ， 数 据 低 校 验 位 和 校 验 位 （ 校 验 位 是 怎 样 计 算 出 来 的 ， 下 面 会 讲 到 ） 。 数 据 格 式 大 致 如 下 ： 其 中 校 验 位 长 度 = V o u t （ H ） + V o u t （ L ） + V r e f （ H ） + V r e f （ L ） 的 长 度 。 数 据 的 组 成 一 共 是 有 7 个 数 据 位 ， 但 是 只 有 V o u t （ H ） 和 V o u t （ L ） 这 两 个 数 据 才 是 我 们 真 正 所 需 要 的 。 我 们 需 要 依 照 这 两 个 数 据 算 出 来 串 口 输 出 的 数 字 数 据 ， 从 而 通 过 数 模 转 换 公 式 来 计 算 出 输 出 的 电 压 。 进 一 步 的 通 过 比 例 系 数 计 算 出 空 气 中 颗 粒 物 的 数 量 。 下 面 来 说 一 下 怎 么 计 算 。 传 感 器 输 出 的 数 据 分 为 高 位 和 低 位 ， 其 中 呢 V o u t （ H ） 为 高 位 ， V o u t （ L ） 为 低 位 。 因 为 串 口 传 进 来 的 V o u t （ H ） 和 V o u t （ L ） 是 1 6 进 制 的 ， 第 一 步 先 转 化 成 1 0 进 制 的 （ 这 个 大 家 都 会 ， 不 多 说 了 ） 。 然 后 根 据 这 两 个 输 出 值 的 1 0 进 制 数 计 算 出 串 口 输 出 数 值 的 电 压 。 公 式 如 下 （ 其 中 V o u t （ H ） 和 V o u t （ L ） 是 已 转 化 为 1 0 进 制 的 ） ： 这 样 就 算 出 来 了 他 输 出 出 来 的 电 压 了 ， 再 根 据 比 例 系 数 A ， 就 可 以 计 算 出 空 气 中 的 颗 粒 物 的 值 了 。 （ A 的 值 一 般 是 在 8 0 0 到 1 0 0 0 ， 具 体 的 数 值 还 要 根 据 你 买 到 的 传 感 器 的 精 度 ， 准 确 度 和 误 差 值 进 行 确 定 。 我 现 在 用 的 是 8 0 0 。 ） P M 2 . 5 检 测 仪 整 体 接 线 方 法 检 测 仪 整 体 接 线 方 法 下 面 我 们 将 P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 和 5 1 1 0 显 示 屏 与 P T Y B o a r d 连 接 起 来 ：                 V o u t = （ V o u t （ H ） * 2 5 6 + V o u t （ L ） ） / 1 0 2 4 * 5
硬 件 接 线 图 5 1 1 0 显 示 屏 显 示 屏 T P Y B O A R P M 2 . 5 粉 尘 传 感 器 粉 尘 传 感 器 R S T Y 1 0 C E Y 1 1 D C Y 9 D I N X 8 C L K X 6 V C C 3 v 3 B L Y 1 2 G N D G N D X 4   |   R X   | V I N   |   V C C   | G N D   |   G N D   | 运 行 测 试 运 行 测 试 接 线 o k 后 ， 导 入 f o n t . p y 文 件 和 u p c d 8 5 4 4 . p y 文 件 ( 主 要 用 于 驱 动 5 1 1 0 显 示 数 据 ） ， 可 以 到 h t t p : / / w w w . t p y b o a r d . c o m / s u p p o r t / s t u d y e x a m p l e 1 4 / 2 0 6 . h t m l 下 载 来 用 ， 再 运 行 m a i n . p y 即 可 看 到 当 前 的 空 气 质 量 等 级 以 及 P M 2 . 5 的 浓 度 值 了 。 下 面 链 接 是 我 用 烟 熏 的 演 示 视 频 ， 供 大 家 参 考 一 下 ：
看 不 到 ？ 点 这 里 源 代 码 源 代 码 这 是 m a i n . p y 的 主 程 序 代 码 ， 可 以 直 接 复 制 使 用 #   m a i n . p y   - -   p u t   y o u r   c o d e   h e r e ! # m a i n . p y i m p o r t   p y b i m p o r t   u p c d 8 5 4 4 f r o m   m a c h i n e   i m p o r t   S P I , P i n f r o m   p y b   i m p o r t   U A R T f r o m   u b i n a s c i i   i m p o r t   h e x l i f y f r o m   u b i n a s c i i   i m p o r t   * l e d s   =   [ p y b . L E D ( i )   f o r   i   i n     r a n g e ( 1 , 5 ) ]   P , L , S H U C H U = 0 , 0 , 0 # A 比 例 系 数 ， 在 北 方 一 般 使 用 8 0 0 - 1 0 0 0 . 南 方 空 气 好 一 些 ， 一 般 使 用 6 0 0 - 8 0 0 . 这 个 还 和 你 使 用 的 传 感 器 灵 敏 度 有 关 的 ， 需 要 自 己 测 试 再 定 下 来 A = 8 0 0 # G 为 固 定 系 数 ， 是 为 了 把 串 口 收 到 的 数 据 转 换 成 P M 标 准 值 G = 1 0 2 4 / 5 S P I   =   p y b . S P I ( 1 )   # D I N = > X 8 - M O S I / C L K = > X 6 - S C K # D I N   = > S P I ( 1 ) . M O S I   ' X 8 '   d a t a   f l o w   ( M a s t e r   o u t ,   S l a v e   i n ) # C L K   = > S P I ( 1 ) . S C K     ' X 6 '   S P I   c l o c k R S T         =   p y b . P i n ( ' Y 1 0 ' ) C E           =   p y b . P i n ( ' Y 1 1 ' ) D C           =   p y b . P i n ( ' Y 9 ' ) L I G H T     =   p y b . P i n ( ' Y 1 2 ' ) l c d _ 5 1 1 0   =   u p c d 8 5 4 4 . P C D 8 5 4 4 ( S P I ,   R S T ,   C E ,   D C ,   L I G H T ) u 2   =   U A R T ( 2 ,   2 4 0 0 ) c o u n t _ = 0 d e f   C h a n g e L E D S t a t e ( n u m _ ) :
        g l o b a l   l e d s         l e n _ = l e n ( l e d s )         f o r   i   i n   r a n g e (   0 , l e n _ ) :                 i f   i ! = n u m _ :                         l e d s [ i ] . o f f ( )                 e l s e :                         l e d s [ i ] . o n ( ) w h i l e   T r u e :         u 2 . i n i t ( 2 4 0 0 ,   b i t s = 8   ,   p a r i t y = N o n e ,   s t o p = 1 )         p y b . d e l a y ( 8 0 )         Q u a l i t y = ' D A T A   N U L L '         i f ( u 2 . a n y ( ) > 0   ) :                 u 2 . d e i n i t ( )                 _ d a t a R e a d = u 2 . r e a d a l l ( )                 # R 代 表 截 取 数 据 的 起 始 位                 R = _ d a t a R e a d . f i n d ( b ' x a a '   )                 # R > - 1 代 表 存 在 起 始 位 ， 长 度 大 于 起 始 位 位 置 + 2                 i f   R > - 1     a n d   l e n ( _ d a t a R e a d ) > ( R + 2 ) :                         P = _ d a t a R e a d [ R +   1 ]                         L = _ d a t a R e a d [ R +   2 ]                         # 把 串 口 收 到 的 十 六 进 制 数 据 转 换 成 十 进 制                         S H I = P *   2 5 6 + L                             S H U C H U = S H I /   G * A                 i f ( S H U C H U < 3 5 ) :                         Q u a l i t y   =   ' E x c e l l e n t e '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 : 优 ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 1                 e l i f ( 3 5 < S H U C H U <   7 5 ) :                         Q u a l i t y   =   ' G o o d '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 ： 良 好 ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 1                 e l i f ( 7 5 < S H U C H U <   1 1 5 ) :                         Q u a l i t y   =   ' S l i g h t l y - p o l l u t e d '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 ： 轻 度 污 染   ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 3                 e l i f ( 1 1 5 < S H U C H U <   1 5 0 ) :                         Q u a l i t y   =   ' M e d i u m   p o l l u t i o n '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 ： 中 度 污 染   ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 2                 e l i f ( 1 5 0 < S H U C H U <   2 5 0 ) :                         Q u a l i t y   =   ' H e a v y   p o l l u t i o n '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 ： 重 度 污 染   ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 0                 e l i f ( 2 5 0 < S H U C H U ) :
* 本 文 作 者 ： 本 文 作 者 ： _ 橙 子 橙 子   ゝ ， 本 文 属 ゝ ， 本 文 属   F r e e B u f   原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 。 原 创 奖 励 计 划 ， 未 经 许 可 禁 止 转 载 。 阅 读 原 文                 e l i f ( 2 5 0 < S H U C H U ) :                         Q u a l i t y   =   ' S e r i o u s   p o l l u t i o n '                         p r i n t ( ' 环 境 质 量 ： 严 重 污 染   ' ,   ' P M 2 . 5 = ' , S H U C H U )                         c o u n t _ = 0         C h a n g e L E D S t a t e ( c o u n t _ )         l c d _ 5 1 1 0 . l c d _ w r i t e _ s t r i n g ( ' A Q I   L e v e l ' , 0 ,   0 )         l c d _ 5 1 1 0 . l c d _ w r i t e _ s t r i n g ( s t r ( Q u a l i t y ) , 0 ,   1 )         l c d _ 5 1 1 0 . l c d _ w r i t e _ s t r i n g ( ' P M 2 . 5 : ' , 0 ,   2 )         l c d _ 5 1 1 0 . l c d _ w r i t e _ s t r i n g ( s t r ( S H U C H U ) , 0 ,   3 )
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