【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 09:54

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 10:57

关于PM2.5
也称为细颗粒物，又叫细粒、细颗粒。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na⁺）等。

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 11:16

PM2.5的危害
PM2.5“超细灰尘”主要来自机动车尾气尘、燃油尘、硫酸盐、餐饮油烟尘、建筑水泥尘、煤烟尘和硝酸盐等，它是雾霾有害细颗粒的重要组成部分。PM2.5虽然不是有毒气体，但PM2.5因直径细小，携带大量的有毒、有害物质，进入人体会影响健康。PM直径越细小对人体危害越大，PM2.5能飘到较远的地方，因此影响范围较大。此外，PM2.5对人体健康的危害要更大，因为直径越小，进入呼吸道的部位越深。10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2μm以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。而且这种细颗粒物一旦进入肺泡，吸附在肺泡上很难掉落，这种吸附是不可逆的。

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 11:40

目前测量PM2.5的传感器光学方法有红外和激光两种方法，而激光又分为浊度法和粒子计数（激光切割）法。

1. 红外法和浊度法：
红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边是发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不精准。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都不会好。目前这一类的传感器有夏普（一代二代都一样）、神荣的（小米二代净化器用的就是这款）、三赢等。

2.激光法和粒子计数法：
相关的文档很多，就是激光散射的方法，并不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的例子直接大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘吧传感器堵死了，自然也不可能测到。缺点是激光的寿命较短，如果连续运行的话基本上也就一年多的寿命而已，这还是厂家优化算法之后能够达到的寿命，但在绝大多数场合已经够用了，而且如果不连续运行，激光的寿命还能够更长。

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 13:28

模块主要特性
●5VDC供电
●外形尺寸：59*49*20
●产地：韩国SYHITECH
●体积小，重量轻，便于安装.
●5V的输入电路,便于信号处理.
●内藏气流发生器，可以自行吸引外部大气.
●保养简单，可以长期保持传感器的特性.
●光学原理，能够探测1微米以上的粉尘粒子
●探测粒子范围：最大到15000pcs/283ml（1um以上粒子）
●灰尘传感器DSM501可以感知烟草产生的烟气和花粉,房屋粉尘等
●两种输出模式，解决不同灵敏度使用要求，洁净环境Vout输出高电平信号（4V）

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 14:10

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 14:14

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 14:16

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 14:20

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 15:23

DSM501A典型应用：小家电（控制板），空气净化器，空气清新机,暖通空调,新风系统，环境监控，换气扇等产品等

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 15:26

模块构成部分
1、发光二极管（LED）灯
2、探测器
3、信号放大器电路
4、输出驱动电路1
5、输出驱动电路2
6、暖气（加热空气回流）

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 18:23

模块端口
1#  Control 1 控制脚---通过在此脚与GND之间加一个电阻可调整Vout 1的最小粒子检出水平，调整电阻值可调整Vout 1的灵敏度；
2#  Vout 2 输出脚2---此脚位为普通输出脚位，灵敏度已预设定，最小粒子检出能力为1 μm；
3#  VCC 电源 +5V；
4#  Vout 1 输出脚 ---此脚位为可调输出脚位，灵敏度可通过控制脚来调整，默认为Vout 2的2.5倍即最小粒子检出能力为2.5μm；
5# GND 电源接地。

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 18:33

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 18:52

实验接线
DSM501A    Arduino
#3 vcc                5v
#4 vout1          pin8
#5 GND          GND
实验仅以#4 Vout1 输出为例，输出的数值为PWM脉宽和30秒一周期检测到的粒子数量。

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 19:27

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（43）
实验四十三：DSM501A韩国三瀛PM2.5灰尘粉尘传感器模块
*/
int pin = 8;
unsigned long duration;
unsigned long starttime;
unsigned long sampletime_ms = 30000;
unsigned long lowpulseoccupancy = 0;
float ratio = 0;
float concentration = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(8,INPUT);
starttime = millis();
}
void loop() {
duration = pulseIn(pin, LOW);
lowpulseoccupancy = lowpulseoccupancy+duration;
if ((millis()-starttime) > sampletime_ms)
{
ratio = lowpulseoccupancy/(sampletime_ms*10.0);
concentration = 1.1*pow(ratio,3)-3.8*pow(ratio,2)+520*ratio+0.62;
//Serial.print(lowpulseoccupancy);
// Serial.print(",");
Serial.print(ratio);
Serial.print(",");
Serial.println(concentration);
lowpulseoccupancy = 0;
starttime = millis();
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-30 19:29

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 07:42

实验说明
1、加热器：模块内置一个加热器，热引起上升气流使外部空气流进模块内部。上电后会预热60秒左右。
2、检测的粒子类型：此模块被设计成可以检测1μm 以上粒子，如香烟、房屋灰尘、霉菌、花粉、孢子等。
3、安装：
①必须垂直安装；
②远离人工气流如风扇，如当用于空气清新机时，风扇的前方和后方都不能安装，可任选外壳一侧安装，但外壳上要保留通风口以保证外部气流可以流进来；
③注意安装时要避免粘性粒子如油类进入模块，当这种粒子粘在光学部件上将会产生故障。
④当模块受潮湿将会影响它的正常功能，因此应避免受潮。
4、透镜：透镜需要视环境状况隔一段时间进行清洁，约6 个月一次。清洁时用棉签一头醮清水轻擦，然后用另一头擦干。不可以用酒精等有机溶剂擦拭透镜。

DSM501A要垂直放

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 08:14

DSM501A模块稳定后，使用电烙铁加热松香的烟雾，进行检测

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 08:26

串口数值有大幅度的变动，减少了（红点处）

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 08:40

据网上资料
说DSM501这个是测的PM2.5粉尘的个数，也叫尘埃粒子计数器，测出来的数据不是浓度值。如果要测浓度值的话，要买粉尘浓度检测仪。尘埃粒子计数器测的单位是个/升，粉尘浓度是 mg/立方米，完全不同的两个参数，且不可以转换。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 09:05

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 14:37

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 14:43

DSM501A对烟雾还是挺敏感的

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 14:46

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 14:48

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 14:58

手头有好几个PM2.5粉尘传感器，夏普1014的实验等过段时间再做.......

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 15:06

空气质量较好情况下接收的实验数据

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 15:23

实验四十四：类比霍尔磁性传感器 KY-035（模拟量）

磁场
是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。用现代物理的观点来考察，物质中能够形成电荷的终极成分只有电子（带单位负电荷）和质子（带单位正电荷），因此负电荷就是带有过剩电子的点物体，正电荷就是带有过剩质子的点物体。运动电荷产生磁场的真正场源是运动电子或运动质子所产生的磁场。例如电流所产生的磁场就是在导线中运动的电子所产生的磁场。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 16:20

霍尔元件
是一种半导体磁电器件，它是利用霍尔效应来进行工作的。早在1879年人们就在金属中发现了霍尔效应，1910年就有人用铋制成了霍尔元件，用以测量磁场。但由于这种效应在金属中十分微弱，当时并没有引起什么重视。1948年后，由于半导体技术的迅速发展，人们找到了霍尔效应较为显著的半导体材料——锗（Ge），接着，在1958年前后，人们又对化合物半导体——锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）进行了大量的研究，并制成了较为满意的元件。这时霍尔效应以及它所具有的广泛的应用才受到了人们普遍的重视。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:00

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:04

霍尔元件的工作原理
1.磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
2.霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。
3.若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:09

许多优点
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件具有许多优点，结构上比较牢固，体积小巧，重量轻，安装起来很方便，霍尔元件的功耗普遍很小，所以它的使用寿命很长。除此之外霍尔元件还有功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优良特点，被广泛应用于工业、汽车以及消费电子产品中。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:19

我手头用来做实验的二只霍尔传感器模块，一个巧合，也是偶然发现的，二只原来是不一样的（上面的字很小），一个是44E，另一个是49E，正好来做不同品种的对比实验。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:26

查了一下资料
44E属于单极开关型霍尔，输出高低电平信号（仅两个状态），常用与定位、计数与接近开关。
49E是线性霍尔，输出模拟电压信号，随着磁场的极性和大小变化其输出电压相应变化。常用于角度控制、调速应用等。

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:40

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:43

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:45

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:47

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:51

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 17:53

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