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智慧家庭:PM2.5空氣感測器(Ameba版本) 套件包【限量】
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智慧家庭:PM2.5空氣感測器(Ameba版本) 套件包【限量】

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CIRCUS Pi

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     【368090600117】5V 2A USB充電器(+220)

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●此為DIY組裝套件包,須自行寫入程式供套件運轉使用

●本商品為研發實驗用的模組,無法隨插即用,須經專業背景人士(如:工程師、研究生、師生)撰寫程式、燒錄、接線等二次加工後,才具備訊號傳輸功能。並非直接插電後可直接使用之射頻模組,非屬電信管制射頻器材,購買前請詳閱商品說明。

●如商品體積、重量超出限制,將改由貨運出貨。

規格內容說明

智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝上篇)

計畫展示 PROJECT SHOWCASE

計畫相關內容 project information

本篇主要是教大家如何組立空氣粒子感測裝置硬體組裝,但是為了讓讀者簡化實驗,並不讓讀者自行設計與製作空氣粒子感測裝置外部產品硬體結構,而是採用市面上各個相關模組來設計出空氣粒子感測裝置。

空氣粒子感測裝置基本組成要素

首先先將購買所需的元件,由下圖可以見到以下所有零件的一覽圖:


  • 瑞昱半導體公司的阿米巴(Ameba)開發板( 購買參考
  • PM 2.5 感測器:偵測空氣懸浮粒子(購買參考
  • DS3231 高精度時鐘模塊:Arduino 開發板的時鐘元件 (購買參考
  • LCD2004 顯示器加上 I2C 控制器:Arduino 開發板顯示器(購買參考 1購買參考 2
  • DHT22 溫濕度模組(購買參考
  • 迷你小麵包板:擴充所需要連接的電路(購買參考
  • 0.5 mm~0.8 mm 單心線(購買參考
  • 20 cm 長度以上的雙公杜邦線(購買參考
  • 5 mm LED 燈泡:狀態顯示燈號(購買參考
  • MICRO USB 線:外接電源線材(購買參考
  • 自製裝置外殼:由作者設計、並委託國內最大的電子零件供應商 iCShop 老闆黃文辭先生設計與製作(購買參考

本文所有零件會以零件包方式出版,並跟國內最大的電子零件供應商 iCShop 合作,讀者若有任何需要,請逕行與該公司接洽。

安裝阿米巴開發板

首先,先行安裝阿米巴Ameba開發板(圖(b)),如下圖所示,先拿出外殼(圖(z))的四顆塑膠螺絲柱與四顆塑膠螺絲。

(圖 2)阿米巴開發板固定柱
如下圖所示,先拿出外殼底板,並將上圖所示之的四顆塑膠支柱與四顆塑膠螺絲,鎖於如下圖所示之底板上。

(圖 3)將固定柱鎖於外殼底板
將阿米巴Ameba開發板置於上圖所示之的塑膠支柱上,並拿出與四顆塑膠螺絲帽,將之固定鎖緊。

(圖 4)將阿米巴開發板鎖於外殼底板
如上圖所示,完成出阿米巴Ameba開發板之裝設。

安裝偵測空氣懸浮粒子感測器

下一步將裝設PMS3003 空氣懸浮粒子感測器(註 1),首先我外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽,如下圖所示,先放於桌面上。

(圖 5)固定 PM 感測器之螺絲
如下圖所示,拿出如圖(a)所示之偵測空氣懸浮粒子感測器(PMS3003),並且先將塑膠膜拆開,可以看到如下圖所示之對稱的兩個螺絲孔。

(圖 6)空氣懸浮粒子感測器
如下圖所示,將如上圖所示之對稱的兩個螺絲孔,對齊外殼底板之右上方兩個螺孔,如下圖所示之位置。

(圖 7)安裝空氣懸浮粒子感測器於底板上
如下圖所示,將螺絲由外殼底板之右上方兩個螺孔往上插入後,將螺絲帽旋緊。

(圖 8)鎖緊空氣懸浮粒子感測器螺絲
完成裝置偵測空氣懸浮粒子感測器(PMS3003)之後,整個外觀如下圖所示。

(圖 9)空氣懸浮粒子感測器安裝完成

安裝麵包板

下一步將裝設小型麵包板(圖(f)),因為必須裝設許多元件,如果所有元件都直接連接到阿米巴開發板,恐怕無法同時間連接這麼多必要的元件,所以必須透過麵包板來擴充可以連接的元件,特別是每一個元件都需要電力供應,而阿米巴開發板無法同時供應這麼多的元件電源插孔。

(圖 10)麵包板
為了擴充麵包板,先拿出單心線(圖(g)),如下圖所示,將單心線進行裁剪。

(圖 11)單心線
如下圖所示,先把上圖所示之單心線,進行裁剪單心線為五條 45 mm~55 mm 長度,並使用撥線鉗或斜口鉗將五條單心線雙邊各剝去 6 mm~8 mm 長度的外皮,使之露出金屬的單心銅線。

(圖 12)五條單心線
將五條剝去外皮單心線依序插入下圖所示之麵包板,使之橫跨五個雙邊通道,使之導通。

(圖 13)裝置單心線於麵包板
如下圖所示,再剪單心線一條 25 mm~35 mm 長度,並使用撥線鉗或斜口鉗將一條單心線雙邊各剝去 6 mm~8 mm 長度的外皮,使之露出金屬的單心銅線。

(圖 14)補上單心線
如下圖所示,將一條剝去外皮單心線依序插入麵包板,使之連接第二條與第三條單心線的通道,使之導通。

(圖 15)連接 VCC 雙線
最後,將完成單心線布置的麵包板放置外殼底板之右下方,整個外觀如下圖所示。

(圖 16)安裝麵包板於底殼上

安裝溫溼度模組

因為需要量測溫度、濕度,如果使用單一功能的感測器,會增加裝置元件,所以用溫溼度合一感測元件:DHT22溫濕度模組(圖(e))。
首先,將外殼之右側板如下圖所示放置。

(圖 17)外殼右側
如下圖所示,取出一個小螺絲與小螺帽以及 DHT22 溫濕度模組。

(圖 18)DHT22 與螺絲
由於外殼設計因素,將 DHT22 溫濕度模組的接腳解焊,重新焊接一個 180 度的三 pin 的接腳。

(圖 19)改裝腳位的 DHT22
將 DHT22 溫濕度模組塞入右側板的下方,並將 DHT22 溫濕度模組上方孔洞,對準右側板的孔洞,方便鎖螺絲。

(圖 20)將 DHT22 裝於外殼上
如下圖所示,將 DHT22 溫濕度模組於右側板的孔洞,將螺絲鎖入後,用螺帽旋緊。

(圖 21)將 DHT22 鎖緊於外殼上
取出三條一公一母杜邦線(圖(h)),準備連接 DHT22 溫濕度模組。

(圖 22)取出 DHT22 的杜邦線
三條一公一母杜邦線,連接於 DHT22 溫濕度模組之電源接腳與訊號接腳。

(圖 23)將杜邦線插於 DHT22 上
完成將 DHT22 溫濕度模組置於外殼右板上。

安裝 RTC 時鐘模組(實際商品以出貨清單為主)

由於本裝置需要精準的時間與持續不斷的時間資訊,如果耗用阿米巴開發板於計算時間會大材小用,而且可能增加程式的複雜度。所以引入了時鐘模組,採用 時鐘模組(圖(d))。
首先,將外殼的下側板如下圖所示放置。

(圖 24)外殼下板
如下圖所示,取出一個 時鐘模組,再取出如泡棉膠(圖(m))。

(圖 25)取出時鐘模組
將泡棉膠撕開一面,黏到時鐘模組上。

(圖 26)黏上雙面膠於 時鐘模組
再將泡棉膠另一面撕開,黏到外殼的中間偏左方的位置上。

(圖 27)將 時鐘模組黏到外殼
如下圖所示,取出四條一公一母杜邦線,準備連接時鐘模組。

(圖 28)取出 時鐘模組 用的杜邦線
將四條一公一母杜邦線,連接於 時鐘模組之電源接腳與 I2C 訊號接腳。

(圖 29)將杜邦線裝於 時鐘模組

預期完成組裝目標

當完成硬體、電路與軟體安裝後,只要再接上電源就可以完成 PM2.5 空氣感測器的裝置了。

(圖 59)正常開機之成品圖

本文為『PM 2.5 空氣感測器』系列第二篇:硬體組裝篇上,主要介紹之裝置所有元件,並且一步一步教導讀者如何將這些元件組裝,完成 PM 2.5 空氣感測器的硬體安裝。後續筆者還會繼續發表『PM 2.5 空氣感測器』系列的文章,讓我們在未來可以創造出更優質、智慧化的家庭。

註 1:北京攀藤科技有限公司是一家專注於空氣品質感測器研發、生產與銷售的高科技企業,作為行業領跑者,公司通過不斷創新和品質追求,已與國內外多家知名企業建立了良好的戰略合作夥伴關係。

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智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝下篇)

計畫相關內容 project information

本篇是接續上篇文章『智慧家庭:PM2.5空氣感測器(硬體組裝上篇)』,延續未完成的硬體組裝,主要是教大家如何組立空氣粒子感測裝置硬體組裝。上文中介紹空氣粒子感測裝置的開發板安裝、空氣懸浮粒子感測器安裝,麵包板安裝、溫溼度模組安裝、RTC時鐘模組安裝…等等,本篇將介紹剩下全部元件安裝。

空氣粒子感測裝置基本組成要素

所有零件的一覽圖(圖 1):


  • 瑞昱半導體公司的阿米巴(Ameba)開發板( 購買參考
  • PM 2.5 感測器:偵測空氣懸浮粒子(購買參考
  • DS3231 高精度時鐘模塊:Arduino 開發板的時鐘元件 (購買參考
  • LCD2004 顯示器加上 I2C 控制器:Arduino 開發板顯示器(購買參考 1購買參考 2
  • DHT22 溫濕度模組(購買參考
  • 迷你小麵包板:擴充所需要連接的電路(購買參考
  • 0.5 mm~0.8 mm 單心線(購買參考
  • 20 cm 長度以上的雙公杜邦線(購買參考
  • 5 mm LED 燈泡:狀態顯示燈號(購買參考
  • MICRO USB 線:外接電源線材(購買參考
  • 自製裝置外殼:由作者設計、並委託國內最大的電子零件供應商 iCShop 老闆黃文辭先生設計與製作(購買參考

本文所有的零件都會以零件包的方式出版,並跟國內最大的電子零件供應商 iCShop 合作,讀者若有任何需要,請逕行與該公司接洽。對於零件使用上,若讀者仍不熟悉,可以參考文末的參考資料。

安裝電力插座

第一步將裝設外殼安裝在左側電力插座,首先,取出外殼的左側板和 DC 2.1 電源插頭母座。

(圖 2)取出外殼左側與電源插座
將 DC 2.1 電源插頭母座的螺絲帽與墊片取出。

(圖 3)卸下電源插座的螺絲
如下圖所示,將外殼左側板最大的孔洞插入 DC 2.1 電源插頭母座。

如下圖所示,將墊片放入 DC 2.1 電源插頭母座,再旋入螺絲帽將之鎖緊。

(圖 5)將螺絲鎖上電源插座
最後就完成放置 DC 2.1 電源插頭母座於外殼左側板上。

安裝面板按鈕

下一步將裝設面板,首先找出外殼的面板,再找出外殼內零件包中之下圖所示之紅色按鈕開關。
※請讀者注意,外殼內零件包中之下圖所示之紅色按鈕開關共有三個,一個是有段紅色按鈕開關(註 1),另一個是無段紅色按鈕開關。
(讀者試著按下紅色按鈕開關,若按下後鬆開手,則按鈕馬上彈上來,則為無段紅色按鈕開關,若卡住不會彈上來的則為無段紅色按鈕開關。)
請將有段紅色按鈕開關至於最左方,因為要將有段紅色按鈕開關安裝於第一個孔洞之上。

(圖 6)面板與按鈕
將三個紅色按鈕開關的螺絲帽與墊片都旋開下,如下圖所示放置於旁邊。

(圖 7)將按鈕螺絲卸下
請讀者注意,將有段紅色按鈕開關插入面板第一個孔位,其餘無段紅色按鈕開關裝置於第二個、第三個孔位,並將墊片裝入後,將螺絲帽一一旋入紅色按鈕開關並旋緊。

(圖 8)將按鈕裝上面板
外殼面板的按鈕裝設完成。

安裝 LCD2004 顯示器

下一步將裝設 LCD2004 顯示模組。

(圖 9)取出 LCD2004
由於需要 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組,所以將 LCD2004 顯示模組翻到背面,檢查是否如下圖所示,確定是需要的 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組。

(圖 10)LCD2004 背面
下一步將上文已裝設按鈕的面板,再從外殼零件包之中找出四支如下圖所示之螺絲與螺帽。

(圖 11)取出面板與顯示器
將 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組,裝入外殼面板最大的矩形框內,位置如下圖。

(圖 12)將 LCD2004 面板螺絲鎖上
完成將 I2C 介面的 LCD2004 顯示模組置於外殼面板上。

安裝面板顯示燈號

下一步將裝設面板的顯示燈號,首先找出用來顯示燈號的五顆 5 mm 的 LED 燈泡,以本文為例,為綠色、藍色、橙色、黃色、紅色各一顆。

(圖 13)取出 LCD2004
如下圖所示,可以先使用 LED 測試器(購買參考),主要是確定再裝入面板的 LED 可以正常運作,不然一旦裝入後,發現故障就得解焊、拆開後重新焊回,非常麻煩。將零件包之中四支螺絲插入矩形框四個角落的孔洞之中,並一一旋上螺帽並旋緊。

(圖 14)測試燈泡是否正常(購買參考
如下圖所示,將綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED,一顆一顆依照下圖所示的順序插入、將其正極全部折九十度並向外彎,保持如下圖所示的形狀;負極則全部折九十度並向前排成一列並設法重疊,保持如下圖紅框處所示的形狀。

(圖 15 )安裝 LED 於面板上
如下圖所示,將綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED,其排成一列的負極接腳使用烙鐵或焊槍,將所有的腳位焊接。

(圖 16)將 LED 接地線焊接一起
由於 LED 直接接電或接 Ameba 開發板的輸出,有可能因為電流太大而直接燒毀或長時間電流太大而夭折。所以使用 220 歐姆電阻來當限流電阻,保護 LED 使其可以長時間正常使用。

(圖 17)取出 220 歐姆電阻
如下圖所示,取出五支 220 歐姆電阻。

(圖 18)取出五支 220 歐姆電阻
將每一支 220 歐姆電阻,接在綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED 的正極端上,保持如下圖所示的形狀。

(圖 19)將電組裝到 LED 上
如下圖所示,使用烙鐵或焊槍,將每一支 220 歐姆電阻連接在綠色、藍色、橙色、黃色、紅色的 LED 的正極端上的一端腳位焊接。

(圖 20)將電組焊接到 LED 上
如下圖所示,取出六條雙公杜邦線,其中一條請取黑色來當接地線。

(圖 21)取六條杜邦線
如下圖所示,將六條雙公杜邦線裁去一端。

(圖 22)裁掉六條杜邦線一端
如下圖所示,將六條雙公杜邦線裁去一端的線,用剝線鉗或斜口鉗剝出約 6 mm~10 mm 的塑膠外皮,將之裸露出銅線。再使用烙鐵或焊槍,將六條雙公杜邦線裸露出的每一條銅線焊上錫。

(圖 23)將六條杜邦線上錫
如下圖所示,將黑色線焊接於五顆 LED 的共用負極。

(圖 24)焊上 LED 負端
如下圖所示,將其他五條上錫好的公杜邦線(非黑色線)焊接於五顆led的之正極連接的 220 歐姆電阻一端。

(圖 25)焊上 LED 正端
如下圖所示,用斜口鉗將多餘的裸露銅線、電線、電阻線、LED 接腳線等一一裁剪掉。

(圖 26)裁減多餘 LED 焊接線
如下圖所示,翻過面板正面,可以看到完整的面貌。到此已完成面板之 LCD2004 顯示模組、面板按鈕與五顆狀態顯示 LED 燈號。

(圖 27)完成面板元件裝置
完成外殼面板所有元件的安裝。

整體組裝

由於將電路連接移到下篇文章,所以本段直接將所有元件進行組裝。首先拿出八組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽,將之固定於如下圖狀。

(圖 28)安裝好之裝置
如下圖所示,再將面板蓋上圖所示的盒子上,再取出四組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽。

(圖 29)完成面板元件裝置
如下圖所示,將阿米巴開發版的 Wi-Fi 天線,透過外殼上方板的天線洞插入阿米巴開發版的 Wi-Fi 天線端,並鎖緊天線。使用四組外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽,面板固定於盒子上,並使用小螺絲帽將四顆小螺絲卡緊,完成組立。

(圖 30)組裝完成之成品圖
完成硬體組裝、電路組裝與軟體安裝後,接上電源就可以完成 PM 2.5 空氣感測器的裝置。

(圖 31)正常開機之成品圖

本文為『PM 2.5 空氣感測器系列第三篇(硬體組裝下篇)』,主要介紹之裝置所有元件,並且一步一步教導讀者如何將這些元件組裝,完成 PM 2.5 空氣感測器的硬體安裝。後續筆者還會繼續發表『PM 2.5 空氣感測器』系列的文章,讓我們在未來可以創造出更優質、智慧化的家庭。

註 1:自鎖型按鈕,按「—」時 ON 通電開,按「O」時 OFF 斷電關。

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智慧家庭:PM2.5 空氣感測器(感測器篇)

計畫展示 PROJECT SHOWCASE



計畫簡介 DESCRIPTION

未來的智慧家庭的核心觀念是提供人類更健康,更舒適的生活,然而空氣中存在許多污染物,其中漂浮在空氣中類似灰塵的粒狀物稱為懸浮微粒(particulate matter,簡稱 PM)。如下表所示,懸浮微粒粒徑大小有別,小於或等於 2.5 微米(μm)的粒子,就稱為 PM2.5,通稱細懸浮微粒,單位以微克/立方公尺(μg/m3)表示之,它的直徑還不到人的頭髮絲粗細的 1/28,非常微細可穿透肺部氣泡,並直接進入血管中隨著血液循環全身,故對人體及生態所造成之影響是不容忽視的。

(表 1)懸浮微粒粒徑說明一覽表

粒徑(μm)

粒徑大小說明

<100

稱 總懸浮微粒(TSP),約為海灘沙粒,可懸浮於空氣中。

<10

稱 懸浮微粒(PM10) ,約為沙子直徑的1/10,容易通過鼻腔之鼻毛與彎道到達喉嚨

2.5~10

稱 粗懸浮微粒(PM2.5-10),約頭髮直徑的1/8~1/20大小,可以被吸入並附著於人體的呼吸系統

<2.5

稱 細懸浮微粒(PM2.5),約頭髮直徑的1/28,可穿透肺部氣泡,直接進入血管中隨著血液循環全身。

資料來源:http://air.epa.gov.tw/Public/suspended_particles.aspx

簡介懸浮微粒生成與來源

懸浮微粒 PM2.5 來源可分為原生性及衍生性,皆可能由自然界或人為產生。
如下表所示,原生性細懸浮微粒係指被排放到大氣時即為懸浮微粒 PM2.5 的粒狀物,該成分主要乃由物理破碎或一次污染排放所產生,原生性氣膠主要的化學組成份與來源分別為海鹽飛沫、裸露地表經由風力作用所揚起的灰塵微粒,鍋爐及機動車輛之燃燒排放,而衍生性細懸浮微粒則係指被釋出之非懸浮微粒 PM2.5 之化學物質(稱為前驅物,可能為固體、液體或氣體),在大氣環境中經過一連串極其複雜的化學變化與光化反應後成為懸浮微粒 PM2.5 的微粒,主要為硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽。

(表 2)懸浮微粒 PM2.5 生成與來源一覽表





自然界產出

火山爆發、地殼岩石等

人類行為產出

石化燃料及工業排放、移動源廢氣等燃燒行為。





原生性PM2.5

直接從自然與人為活動所排放,在大氣環境中未經化學反應的微粒-如天然的海鹽飛沫、營建工地粉塵、車行揚塵及工廠直接排放。

衍生性PM2.5

自然與人為活動排放到大氣環境中的化學物質經過太陽光照或其他化學反應後生成-如燃煤、燃油及燃氣電廠、煉鋼廠、石化相關產業工廠、機動車輛、船舶、建物塗料、農業施肥、禽畜排泄及生活污水等。

資料來源:http://air.epa.gov.tw/Public/suspended_particles.aspx

標準衡量方法

參考行政院環境保護署環境檢驗所,在空氣中懸浮微粒(PM2.5)檢測方法-手動採樣法所階露的資料中提到的方法:以定流量抽引空氣進入特定形狀之採樣器進氣口,經慣性微粒分徑器,將氣動粒徑小於或等於2.5微米(μm)之細懸浮微粒(PM2.5)收集於濾紙上。而此濾紙於採樣前、後均於特定溫度與濕度環境中調理後秤重,以決定所收集之 PM2.5 微粒之淨重,再除以 24 小時之採樣總體積即得微粒 24 小時之質量濃度。
其方法適用溫度 –30 至 45℃,相對溼度 0 至 100% ,大氣壓力 600 至 800 mmHg 之環境空氣中氣動粒徑小於或等於 2.5 微米(μm)細懸浮微粒(PM2.5)24 小時之質量濃度值測定。由於其採樣器組成:包括進氣口、空氣導管、微粒分徑器、濾紙匣、空氣採樣馬達、流率控制系統、流率量測裝置、環境和濾紙溫度監測系統、大氣壓力量測系統、計時器、戶外環境用外殼、適當的機械、電氣或電子控制能力方法,上述這些都需要精密的儀器與操作程序,並且操作人員需要受過相當時數的訓練與相關領域的技術能力,所以無法適用於一般民眾。

簡易的電子式感測衡量方法

目前有許多空氣粒子感測模組,如 SHARP GP2Y1010AU0F PM2.5 空氣品質感測器(如下圖.(a)所示)、DSM501A 灰塵感測器(如下圖.(b)所示)、PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器(如下圖.(c)所示)、PMS5005 PM1.0 PM2.5 PM10 G5 濃度及顆粒數感測器(如下圖.(d)所示)、夏普原裝 DN7C3CA006 第 3 代 PM2.5 感測器(如下圖.(e)所示)、益杉科技的 CP-15-A4 灰塵感測器(如下圖.(f)所示)等等。由於方便研究所致,本書採用PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器為空氣粒子感測裝置的核心元件。

(圖 1)市面常見的粉塵感測器

PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器

本文採用 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器為空氣粒子感測裝置的核心元件;如下圖所示,PMS3003 使用鐳射散射原理,能夠得到空氣中 0.3 ~ 10 微米懸浮顆粒物濃度,數據穩定可靠;內置風扇,數位化輸出,可以獨立模組運作,不需要依靠其他元件,只需要獨立電源即可獨立運作,收集的資料採用串列埠輸出。

(圖 2)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器工作原理圖

本文採用 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器為空氣粒子感測裝置的核心元件。
如下圖所示,PMS3003 粉塵感測器使用鐳射散射原理,使用風扇將空氣吸入通道之中,在使用鐳射光射擊該通道內的空氣,透過雷射接收器感測雷射光,由於空氣中的粒子會導致鐳射光散射,而減弱訊號,所以只要透過雷射接收器感測雷射光的訊號,透過放大電路來偵測更細微的粒子,就能夠得到空氣中 0.3 ~ 10 微米懸浮顆粒物濃度,並內置微處理機處理該訊號,所以收集到的數據穩定可靠;並透過內置微處理機將收集到的資料使用數位化輸出,收集的資料採用串列埠輸出,不需要依靠其他元件,只需要獨立電源即可獨立運作,是一個相當穩定、方便與好用的粉塵感測器。

(圖 3)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器工作原理圖。
資料出處 https://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=PM2.5_laser_dust_sensor_SKU:SEN0177

如所示,PMS3003 粉塵感測器特點如下:

  • 數據準確:鐳射檢測,穩定、一致性好
  • 回應速度快速:使用環境變更時回應時間小於 10 秒
  • 獨立運作:使用標準的通訊埠輸出量測資料
  • 不須外加元件:自備風扇,不須外加。
  • 分析能力高:分辨顆粒最小直徑達 0.3 微米

適用範圍:

  • PM1.0、PM2.5、PM10 檢測儀、淨化器

工作原理:

採用鐳射散射原理:當鐳射照射到通過檢測位置的顆粒物時會產生微弱的光散射,在特定方向上的光散射波形與顆粒直徑有關,通過不同粒徑的波形分類統計及換算公式可以得到不同粒徑的實時顆粒物的數量濃度,按照標定方法得到跟公信單位統一的質量濃度。

 技術參考:

  • 測量直徑:0.3-1.0um 1.0-2.5um 2.5-10um 
  • 測量單位:ug/m3
  • 測量精度:ug/m3
  • 回應時間:小於10s
  • 工作電流:工作狀態為5V 200ma(毫安培) ,待機狀態為5V 2ma(毫安培)
  • 數據介面:通訊埠(串口)(3.3V TTL電位)
  • 體積:65x42x23mm
  • 工作溫度範圍:: -20〜50℃
  • 工作濕度範圍:0〜99%RH
  • 最大尺寸:65×42×23(毫米)

供電品質需求如下:

  • 電壓紋波:小於100mV的。
  • 電源電壓穩定度:4.95〜5.05V。
  • 電源:大於1W(5V 200 ma(毫安培))。
  • 上電和下電電壓浪湧是系統電源電壓的小於50%。

PMS3003 粉塵感測器連接方式如所示,PMS3003 粉塵感測器接腳如下:


(圖 4)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器接腳圖。
資料出處 https://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=PM2.5_laser_dust_sensor_SKU:SEN0177

基本使用方法

如下圖所示,為連接 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器的標準接法,基本上 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器透過串列埠與任何單晶片、微處理機相互連接,基本上可以使用硬體的串列埠連接,也可以使用 GPIO 的軟體模擬串列埠連接,不過標準的 PMS3003 G3 PM2.5  粉塵感測器使用 9600 bps 的傳輸速率,請讀者注意傳輸速率的設定。

(圖 5)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器電路連接示意圖。
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如下表所示,為基本上使用 Arduino 開發版,透過 Sketch IDE 開發程式將下列程式鍵入,編譯完成後,上傳到 Arduino 開發版,我們就可以開始測試 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器。

(表 3)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器測試程式

/******************************

 *Copyright (c) 2015, DFRobot
 *All rights reserved
 *
 *File Name:PM2_5SensorDemo.ino
 *Fileid:
 *Abstract :Read value of PM1,PM2.5 and PM10 of air quality
 *
 *Version:V1.0
 *Author:Joyce
 *Time:2015.2.22
 ******************************/

#include “Arduino.h"
#include “serialReadPMValue.h"

uint16_t PM01Value=0;          //define PM1.0 value of the air detector module
uint16_t PM2_5Value=0;         //define PM2.5 value of the air detector module
uint16_t PM10Value=0;         //define PM10 value of the air detector module

#define receiveDatIndex 32
uint8_t receiveDat[receiveDatIndex]; //receive data from the air detector module

 

void setup() {
  Serial.begin(9600);   //set the serial1’s Baudrate of the air detector module
}

void loop(){
 int length = serialRead(Serial,receiveDat,receiveDatIndex,5);
 int checkSum=checkValue(receiveDat,receiveDatIndex);
  
  if(length&&checkSum)  {
    PM01Value=transmitPM01(receiveDat); //count PM1.0 value of the air detector module
    PM2_5Value=transmitPM2_5(receiveDat);//count PM2.5 value of the air detector module
    PM10Value=transmitPM10(receiveDat); //count PM10 value of the air detector module
  }
    static unsigned long OledTimer=millis();       //every 0.5s update the temperature and humidity from DHT11 sensor
    if (millis() – OledTimer >=1000)     {
      OledTimer=millis();
       
      Serial.print(“PM1.0: “);  //send PM1.0 data to bluetooth
      Serial.print(PM01Value);
      Serial.println("  ug/m3″);           
     
      Serial.print(“PM2.5: “);  //send PM1.0 data to bluetooth
      Serial.print(PM2_5Value);
      Serial.println("  ug/m3″);    
       
      Serial.print(“PM10:  “);  //send PM1.0 data to bluetooth
      Serial.print(PM10Value);
      Serial.println("  ug/m3″);  
    }
}

資料出處 https://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=PM2.5_laser_dust_sensor_SKU:SEN0177
資料下載 https://github.com/brucetsao/makerdiwo/tree/master/201602
如下圖所示,為連接 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器,讀取到的畫面。
未命名
(圖 6)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器測試結果圖。
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通訊資料格式

如下表所示,為 PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器透過串列埠,定時會回傳給單晶片或其他處理器的資料之通訊格式。

(表 4)PMS3003 G3 PM2.5 粉塵感測器通訊資料格式
Serial port baudrate: 9600; Parity: None; Stop Bits: 1; packet length is fixed at 32 bytes.

Start Character 1

0x42(fixed bit)

Start Character 2

0x4d(fixed bit)

Frame Length 16-byte

Frame Length = 2*9+2 (data+check bit)

Data 1, 16-byte

concentration of PM1.0, ug/m3

Data 2, 16-byte

concentration of PM2.5, ug/m3

Data 3, 16-byte

concentration of PM10.0, ug/m3

Data 4, 16-byte

Internal test data

Data 5, 16-byte

Internal test data

Data 6, 16-byte

Internal test data

Data 7, 16-byte

the number of particulate of diameter above 0.3um in 0.1 liters of air

Data 8, 16-byte

the number of particulate of diameter above 0.5um in 0.1 liters of air

Data 9, 16-byte

the number of particulate of diameter above 1.0um in 0.1 liters of air

Data 10, 16-byte

the number of particulate of diameter above 2.5um in 0.1 liters of air

Data 11, 16-byte

the number of particulate of diameter above 5.0um in 0.1 liters of air

Data 12, 16-byte

the number of particulate of diameter above 10.0um in 0.1 liters of air

Data 13, 16-byte

Internal test data

Check Bit for Data Sum, 16-byte

Check Bit = Start Character 1 + Start Character 2 + …all data

資料來源 https://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=PM2.5_laser_dust_sensor_SKU:SEN017

本文為『PM2.5空氣感測器系列第一篇:感測器篇』,主要介紹之 Arduino 開發板如何透過粉塵感測器來偵測搜尋空氣中懸浮微粒的濃度,了解如何連接,讀取粉塵感測器的資料,本系列主要是以【開源公益專案】LASS 環境感測網路系統(一般稱 Location Aware Sensor System :LASS),為『PM2.5 空氣感測器』系列的核心思想,將目前物聯網(Internet of Thing:IOT)最熱門的主題,PM2.5 空氣粒子感測技術,透過粒子感測器的讀取、LCD 顯示幕顯示機器狀態等,進行產品開發,進而透過網際網路來監控『PM2.5 空氣粒子的濃度』的行為,達到物聯網的概念的系列專欄。

出貨清單

配件清單

。G3 PM2.5 感測器
。瑞昱 Ameba RTL8195AM 開發板
。LCD 20*4 液晶顯示模組 藍光/白字
。DS3231 高精度時鐘模塊
。DHT22 溫濕度傳感器模組
。迷你麵包板/實驗板
。單心線
。雙頭公杜邦線
。10條- 10色杜邦雙頭線(母/公)
。LED 5mm (紅)
。LED 5mm (綠)
。LED 5mm (黃)
。LED 5mm(澄)
。LED 5mm (藍)
。220 ohm 電阻
。USB to micro USB 帶開關電源線
。3M 雙面膠
。透明外殼
。小紅頭 PUSH ON
。2P 小圓型有段開關
。USB 充電