牛人DIY:關(guān)注空氣質(zhì)量 Arduino檢測(cè)器（教程）

空氣中的顆粒污染物，除了工廠(chǎng)、汽車(chē)的排放，日常生活也會(huì)產(chǎn)生不少。想知道大范圍的空氣質(zhì)量可以關(guān)注環(huán)保部、美使館發(fā)布的PM2.5指數(shù)，想知道身邊小范圍的空氣質(zhì)量就只能望天?還是用Arduino DIY一個(gè)家庭空氣質(zhì)量采集器，讓數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)吧!

本文編譯自 Air Quality Monitoring，原作者為Chris Nafis。DIYer Yeelink姜工對(duì)原文進(jìn)行了翻譯，并基于原文中的原理，制作出了自己的空氣質(zhì)量檢測(cè)器。

 

 

目錄

◆1 譯文

◆1.1 材料

◆1.2 檢測(cè)

◆1.3 實(shí)現(xiàn)流程

◆1.4 采樣流程

◆1.5 測(cè)試和校準(zhǔn)

◆1.6 結(jié)論

◆2 制作

 

 

 

譯文

因?yàn)檫^(guò)敏和哮喘，我特別關(guān)心室內(nèi)和室外的空氣質(zhì)量。我使用Quadrafire木炭火爐——一個(gè)應(yīng)該是比較干凈的柴爐做飯，打算看看它對(duì)我家中的室內(nèi)空氣質(zhì)量(灰塵)和室外空氣質(zhì)量(煙)的影響。紐約州在多個(gè)地方監(jiān)控空氣質(zhì)量;認(rèn)證的過(guò)敏和哮喘顧問(wèn)在紐約州的Albany發(fā)布空氣污染指數(shù)，美國(guó)肺協(xié)會(huì)寫(xiě)過(guò)一篇非常棒的論文叫做《美國(guó)的空氣》(State of the AIR)談?wù)擃w粒污染。我有幾個(gè)氣象站在收集數(shù)據(jù)(放在weather underground上面)。

 

 

1.1 材料

◆6針的 mini TE接口 $2

◆夏普光學(xué)粉塵傳感器 GP2Y1010AUoF $12

◆Arduino Uno Ethernet $65

◆9VDC電壓 $7

◆Davis 屏蔽罩(紅外屏蔽罩) $67.5

◆40毫米風(fēng)扇 $13

1.2 檢測(cè)

290刀的 Dolys “DC1100 Pro Air Quality”是一個(gè)真正的激光顆粒檢測(cè)器，帶兩種不同的測(cè)量范圍。小的通道(0.5>微米)應(yīng)該可以看到細(xì)菌和霉菌。

高一點(diǎn)的通道(2.5>微米)可以看到灰塵和花粉。LCD顯示器持續(xù)的顯示小通道和大通道的長(zhǎng)條圖和讀數(shù)，本設(shè)備能保存長(zhǎng)達(dá)30天的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。

我購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)帶有PC接口的產(chǎn)品，并把它連接到了Arduino ethernet板上，這樣我就能自動(dòng)的發(fā)送數(shù)據(jù)到Pachube了。如果空氣質(zhì)量有問(wèn)題，我的手機(jī)就能收到通過(guò)Twitter發(fā)布的報(bào)警信息。

這個(gè)產(chǎn)品非常的靈敏。它可以非常容易的檢測(cè)到走過(guò)地毯時(shí)掀起的灰塵，或者是炒菜時(shí)候的煙。下面的圖中你能看到非常有趣的事情。

首先在晚上的時(shí)候大家都休息了，讀數(shù)會(huì)非常的低。你也能看到在中午的時(shí)候我女兒炒菜，數(shù)據(jù)會(huì)特別高，并且要花很長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)逐漸降低。

 

 

1.3 實(shí)現(xiàn)流程

Arduino Ethernet板連接夏普傳感器的圖紙可以參閱 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet

1.4 采樣流程

1.點(diǎn)亮連接到pin2 的LED，過(guò)0.28毫秒，對(duì)連接到A0的模塊Vo進(jìn)行采樣

2.過(guò)0.04毫秒，關(guān)閉LED，并且等待9.680毫秒。

這個(gè)10毫秒的采樣周期會(huì)不停的進(jìn)行重復(fù)，代碼可以參考 arduino Source Code

Sharp pin 1 (V-LED) => 5V (通過(guò)一個(gè)150歐的電阻連接)

Sharp pin 2 (LED-GND) => Arduino GND pin

Sharp pin 3 (LED) => Arduino pin 2

Sharp pin 4 (S-GND) => Arduino GND pin

Sharp pin 5 (Vo) => Arduino A0 pin

Sharp pin 6 (Vcc) => 5V

我使用了一個(gè)小型的40毫米風(fēng)扇保證空氣能夠被送到夏普傳感器中，可能并沒(méi)有必要，因?yàn)槲覍⒁粋€(gè)傳感器安裝到了防護(hù)罩內(nèi)，所以希望確認(rèn)能看到有粉塵飛入。

 

1.5 測(cè)試和校準(zhǔn)

使用烤盤(pán)進(jìn)行測(cè)試。

 

 

 

 

如果您閱讀 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet ，就會(huì)發(fā)現(xiàn)圖中提供的顆粒濃度(毫克/平方米)與電壓相對(duì)值的比較圖。但是這個(gè)圖片僅僅從0.5V才有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，而我的大部分試驗(yàn)中，電壓值都是相對(duì)比較低的。所以我手工輸入該圖中沒(méi)有涵蓋的數(shù)據(jù)，并得出了一個(gè)線(xiàn)性方程組來(lái)近似模擬出大致的(毫克/平米) 對(duì)電壓輸出的關(guān)系圖。

我非常想了解這個(gè)便宜的夏普傳感器的靈敏度，并建立起輸出電壓與顆粒數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，下面我搞了一個(gè)實(shí)驗(yàn)(底下的圖片中就是我讓鍋的煙吹過(guò)傳感器的效果)。煙霧迅速使得傳感器飽和，就做了一個(gè)稍長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)。在我女兒做完午餐后，我決定做一個(gè)”pan cake“ (松餅) 實(shí)驗(yàn)。你有沒(méi)有注意到當(dāng)在一個(gè)老式的鑄鐵鍋用黃油做松餅的時(shí)候，滿(mǎn)屋子都是煙?我同時(shí)將夏普傳感器與專(zhuān)業(yè)的Dylos DC1100的讀數(shù)同步上傳到Pachube上，這樣我就可以進(jìn)行對(duì)兩個(gè)傳感器的對(duì)比和校準(zhǔn)了。

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從上面看出兩個(gè)圖有驚人的相似之處。使用一個(gè)簡(jiǎn)單的補(bǔ)償和倍增因數(shù)將兩組數(shù)據(jù)疊加到一起看看效果：

 

 

(V-0.0356)*120000

有趣的是，Dylos公司有個(gè)列表來(lái)評(píng)估您的空氣質(zhì)量與住宅環(huán)境的關(guān)系。

由于我們做的“烤松餅”實(shí)驗(yàn)事實(shí)上超過(guò)了常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)50倍。所以夏普傳感器對(duì)非常小的顆粒讀數(shù)的準(zhǔn)確性和靈敏度可能還需要一些驗(yàn)證。

空氣質(zhì)量圖：小顆粒讀數(shù)(大于0.5微米)

3000 + = 很差很差

1050-3000 = 差

300-1050 = 還行

150-300 = 好

75-150 = 非常好

0-75 = 棒極了

1.6 結(jié)論

用戶(hù)也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)社區(qū)來(lái)分享其他的數(shù)據(jù)。比如，Weather Underground就是一個(gè)很好的分享我的氣象站信息的地方。而StrikeStar是一個(gè)很好的處理光照傳感器數(shù)據(jù)并生成實(shí)時(shí)地圖的好地方。

Pachube”發(fā)音 Patch-bay“ 將人與機(jī)器相連，與應(yīng)用相連，與物聯(lián)網(wǎng)相連。作為一個(gè)基于web的服務(wù)，整合全球的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， Pachube賦予人們分享數(shù)據(jù)，合作，并利用周邊世界數(shù)據(jù)的能力。

我的Dylos 空氣質(zhì)量和夏普空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)一直在上傳到Pachube上。它提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP接口，能讓你將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，并生成數(shù)據(jù)圖表，引用到你自己的網(wǎng)站上。

參考文獻(xiàn)

文章

◆Lecture on Aerosol Light Scattering and Cloud Nucleation

◆inAir： Sharing Indoor Air Quality Measurements and Visualizations

◆Development of a low-cost device for observing indoor particle levels associated with source activities in the home

◆Air Egg Particle discussion

Sharp Sensor

◆Sharp GP2Y1010AU0F Spec sheet

◆Sharp Dust Sensor and Arduino

Dylos

◆DC1100 Pro Air Quality

◆HVAC Talk about DC1100

Grove Dust Sensor

◆Dust sensor spec

◆Seed Grove Dust Sensor

◆Grove Dust sensor Wiki

聲明：

本項(xiàng)目?jī)H僅是用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。用?hù)需要自行承擔(dān)組裝，安裝，使用的義務(wù)。提供的電路設(shè)計(jì)沒(méi)有任何的保證，作者也不保證設(shè)備將在任何特定場(chǎng)合下正常工作。不要用于可能設(shè)備故障可能造成安全事故的場(chǎng)合。該設(shè)計(jì)文檔僅僅提供給非商業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景。

制作

◆基于以上原理，我們制作了這個(gè)盒子。該盒子的制作人是來(lái)自北京聯(lián)合大學(xué)的張老師，張老師決定公開(kāi)所有的設(shè)計(jì)和代碼，來(lái)方便更多的人能夠進(jìn)行改進(jìn)，做出更好的東西來(lái)。

 

 

我們覺(jué)得，這個(gè)盒子能夠讓廣大的創(chuàng)客朋友們能很快的使用起Yeelink來(lái)，而且不需要花費(fèi)太多的鈔票，而且，自己不去做Hack，也能放在家里當(dāng)一個(gè)非常準(zhǔn)的電子表使用哦。

功能如下：

1. 插上網(wǎng)線(xiàn)即可使用，自動(dòng)獲取IP并連入Yeelink平臺(tái)

2. 可以顯示當(dāng)前的精確時(shí)間(從UTC時(shí)間服務(wù)器獲取)，無(wú)須對(duì)表

3. 可以讀取當(dāng)前的溫濕度信息并顯示

4. 可以讀取當(dāng)前環(huán)境的可吸入顆粒指數(shù)。

5. 可以Hack，隨意的燒寫(xiě)板子，兼容Arduino程序

6. 可以自己擴(kuò)展新功能

 

未來(lái)計(jì)劃增加的功能(需要您懂如何下載Arduino程序)

1. 讀取weibo消息數(shù)量

2. 與微信，人人等交互。

3. 自己擴(kuò)展想要的傳感器

它給您的好處，我覺(jué)得有以下幾條：

1. 低成本，可聯(lián)網(wǎng)，帶殼子，帶LCD的arduino，適合交付小型的項(xiàng)目。

2. 可以當(dāng)Android nano + ENC網(wǎng)卡 + LCD用、滿(mǎn)足一定的交互性。

3. 非常豐富的使用和范例文檔(正在做…)。

4. 能夠使用Yeelink平臺(tái)上面的所有資源。

這個(gè)項(xiàng)目正在測(cè)量我們辦公室的一些數(shù)據(jù)(貌似我們屋里面粉塵還不少?)

 

 

下面貼一下該盒子的全部資料(點(diǎn)擊下載)，歡迎大家吐槽，各類(lèi)不爽可以新浪微博@Yeelink姜工。

如何使用：

1. 將ethercard，dht，Time等庫(kù)解壓并拷貝到Libaries目錄下面，解壓到同名目錄下。

2. 將YeelinkClient目錄拷貝下去，改掉 deviceId， SensorID， ApiKey這三個(gè)參數(shù)，修改成你的東西...

3. 點(diǎn)對(duì)號(hào)編譯，下載程序就搞定了。