标题: 空气质量测试仪制作 [打印本页]
作者: jkl010 时间: 2020-7-5 16:11
标题: 空气质量测试仪制作
作为单片机应用教学，我们着眼于综合知识的集成应用，下面我们通过自制pm2.5检测仪过程掌握arduino相关接口电路，1602液晶显示屏显示数据，L298N电机控制板，手机蓝牙控制，混色LED灯，灰尘传感器以及相关用到的arduino编程语言。
3.6.1、灰尘传感器知识准备对于激光式灰尘传感器，基本原理是传感器让空气自由流过（一些空气测试仪内部有小风扇起到空气流通的作用，在这里我们用来回走动的方式代替小风扇），定向发射LED光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。灰尘传感器市面上较为普及的是高精度的攀藤 G5 PMS5003传感器（那个宝价约88元）和较为便宜的夏普SHARP GP2Y1010AU0F型灰尘/粉尘传感器（那个宝价约25元），出于普及的考虑我们选用了SHARP GP2Y1010AU0F型灰尘/粉尘传感器。
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg
灰尘传感器接线 Arduino 接线
1 Vled –> 5V (先接150欧姆电阻，再接5v，买传感器时有配套)
2 LED-GND –> GND（接地）
3 LED –> Digital pin2 (Arduino板子上数字D2端)
4 S-GND 黄色 –> GND（接地）
5 Vo 黑色 –> Analog pin 0(Arduino板子上模拟A0端)
6 Vcc 红色 –> 5V
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg
粉尘浓度dustdensity= 0.17 * voltage - 0.1;//大概的线性函数关系。
在图上可看到粉尘浓度超过0.5mg/m3的时候，传感器输出的电压受到限制，不会无限增高，也就超出了传感器的有效测量范围。这也就是我们常说的爆表：pm2.5超过500ug/m3（1mg=1000ug）。
到这里，其实我们已经可以测试空气中的粉尘浓度了，只不过要和电脑连线，通过arduino软件的串口监视器功能得到电压数据，来检测空气质量，因为用电脑的显示器作为输出，所以移动性和便携性较差。但此时的硬件成本最低，算是空气检测仪的最小系统。
使用简化版本的软件代码如下:
// 定义使用nano的A0端，连接灰尘传感器5号线
int dustPin=0;
float dustVal=0;
// 定义使用nano的Digital pin 2端，连接灰尘传感器3号线
int ledPower=2;
intdelayTime=280;
intdelayTime2=40;
float offTime=9680;
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPower,OUTPUT);
pinMode(dustPin,INPUT); }
void loop(){
// ledPower isany digital pin on the arduino connected to Pin 3 on the sensor
digitalWrite(ledPower,LOW);
delayMicroseconds(delayTime);
dustVal=analogRead(dustPin);
delayMicroseconds(delayTime2);
digitalWrite(ledPower,HIGH);
delayMicroseconds(offTime);
delay(1000);
if(dustVal>36.455)
Serial.println((float(dustVal/1024)-0.0356)*120000*0.035);
}
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg
测试得到的数据和空气质量对照：
3000 + = 很差
1050-3000 = 差
300-1050 = 一般
150-300 = 好
75-150 = 很好
0-75 = 非常好
3.6.2、I2C接口的LCD准备为了能让空气检测仪脱离电脑连线独立工作，我们还要再加上一个LCD1602液晶屏。
1602 LCD液晶屏（焊好排线的1602屏那个宝价约7.5元，没焊排线的约4.9元）
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif
1602液晶屏带ic端，ic端把上述连线封装了，导出用到了总线技术显示，简化为4个接口，正接正极5v，负接和负极，sda接nano板子的sda管脚即A4管脚，见前面电路图sda管脚，scl管脚接nano板子的scl管脚即A5管脚。Scl是时钟，sda是数据，总线技术是把很多数据量按时钟顺序，分批次传给nano板子。因为时间片很快，人感觉不到延迟。这样管脚占用就少了很多。
按上图连接线路后，1602的模块测试代码如下；
#include<Wire.h>
//#include<LiquidCrystal_I2C.h> //引用I2C库
#include "LiquidCrystal_I2C.h"
//设置LCD1602设备地址，这里的地址是0x3F，一般是0x20，或者0x27，具体看模块手册
LiquidCrystal_I2Clcd(0x27,16,2);
voidsetup()
{
lcd.init(); // 初始化LCD
lcd.backlight(); //设置LCD背景等亮
}
void loop()
{
lcd.setCursor(0,0); //设置显示指针
lcd.print("LCD1602 iic Test"); //输出字符到LCD1602上
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" by L.L.");
delay(1000);
}
对于有些I2C接口的硬件来说，可以用以下代码查到对应的I2C硬件地址，下列程序可以把I2C接口的硬件地址打印到串口监视器里：
#include<Wire.h>
voidsetup(){
Wire.begin();
Serial.begin(9600);
Serial.println("\nI2CScanner");
}
voidloop(){
byte error, address;
int nDevices;
Serial.println("Scanning...");
nDevices = 0;
for (address = 1; address < 127; address++){
// The i2c_scanner uses the return valueof
// the Write.endTransmisstion to seeif
// a device did acknowledge to theaddress.
Wire.beginTransmission(address);
error = Wire.endTransmission();
if (error == 0){
Serial.print("I2C device found ataddress 0x");
if (address < 16)
Serial.print("0");
Serial.print(address, HEX);
Serial.println(" !");
nDevices++;
}else if (error == 4){
Serial.print("Unknow error ataddress 0x");
if (address < 16)
Serial.print("0");
Serial.println(address, HEX);
}
}
if (nDevices == 0)
Serial.println("No I2C devicesfound\n");
else
Serial.println("done\n");
delay(5000); // wait 5 seconds for nextscan
}
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