標題: 空氣質量測試儀制作 [打印本頁]
作者: jkl010 時間: 2020-7-5 16:11
標題: 空氣質量測試儀制作
作為單片機應用教學，我們著眼于綜合知識的集成應用，下面我們通過自制pm2.5檢測儀過程掌握arduino相關接口電路，1602液晶顯示屏顯示數據，L298N電機控制板，手機藍牙控制，混色LED燈，灰塵傳感器以及相關用到的arduino編程語言。
3.6.1、灰塵傳感器知識準備對于激光式灰塵傳感器，基本原理是傳感器讓空氣自由流過（一些空氣測試儀內部有小風扇起到空氣流通的作用，在這里我們用來回走動的方式代替小風扇），定向發射LED光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。灰塵傳感器市面上較為普及的是高精度的攀藤 G5 PMS5003傳感器（那個寶價約88元）和較為便宜的夏普SHARP GP2Y1010AU0F型灰塵/粉塵傳感器（那個寶價約25元），出于普及的考慮我們選用了SHARP GP2Y1010AU0F型灰塵/粉塵傳感器。
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
灰塵傳感器接線 Arduino 接線
1 Vled –> 5V (先接150歐姆電阻，再接5v，買傳感器時有配套)
2 LED-GND –> GND（接地）
3 LED –> Digital pin2 (Arduino板子上數字D2端)
4 S-GND 黃色 –> GND（接地）
5 Vo 黑色 –> Analog pin 0(Arduino板子上模擬A0端)
6 Vcc 紅色 –> 5V
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg
粉塵濃度dustdensity= 0.17 * voltage - 0.1;//大概的線性函數關系。
在圖上可看到粉塵濃度超過0.5mg/m3的時候，傳感器輸出的電壓受到限制，不會無限增高，也就超出了傳感器的有效測量范圍。這也就是我們常說的爆表：pm2.5超過500ug/m3（1mg=1000ug）。
到這里，其實我們已經可以測試空氣中的粉塵濃度了，只不過要和電腦連線，通過arduino軟件的串口監視器功能得到電壓數據，來檢測空氣質量，因為用電腦的顯示器作為輸出，所以移動性和便攜性較差。但此時的硬件成本最低，算是空氣檢測儀的最小系統。
使用簡化版本的軟件代碼如下:
// 定義使用nano的A0端，連接灰塵傳感器5號線
int dustPin=0;
float dustVal=0;
// 定義使用nano的Digital pin 2端，連接灰塵傳感器3號線
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
測試得到的數據和空氣質量對照：
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準備為了能讓空氣檢測儀脫離電腦連線獨立工作，我們還要再加上一個LCD1602液晶屏。
1602 LCD液晶屏（焊好排線的1602屏那個寶價約7.5元，沒焊排線的約4.9元）
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.gif
1602液晶屏帶ic端，ic端把上述連線封裝了，導出用到了總線技術顯示，簡化為4個接口，正接正極5v，負接和負極，sda接nano板子的sda管腳即A4管腳，見前面電路圖sda管腳，scl管腳接nano板子的scl管腳即A5管腳。Scl是時鐘，sda是數據，總線技術是把很多數據量按時鐘順序，分批次傳給nano板子。因為時間片很快，人感覺不到延遲。這樣管腳占用就少了很多。
按上圖連接線路后，1602的模塊測試代碼如下；
#include<Wire.h>
//#include<LiquidCrystal_I2C.h> //引用I2C庫
#include "LiquidCrystal_I2C.h"
//設置LCD1602設備地址，這里的地址是0x3F，一般是0x20，或者0x27，具體看模塊手冊
LiquidCrystal_I2Clcd(0x27,16,2);
voidsetup()
{
lcd.init(); // 初始化LCD
lcd.backlight(); //設置LCD背景等亮
}
void loop()
{
lcd.setCursor(0,0); //設置顯示指針
lcd.print("LCD1602 iic Test"); //輸出字符到LCD1602上
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" by L.L.");
delay(1000);
}
對于有些I2C接口的硬件來說，可以用以下代碼查到對應的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監視器里：
#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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