基于单片机的夏普光学PM2.5灰尘传感器

邓宝善 梁烜嘉 何安文

摘要：本PM2.5检测仪是基于单片机的夏普光学PM2.5灰尘传感器。通过检测仪我们可以方便的检测室外PM2.5的具体浓度，然后将PM2.5的浓度上传到移动端app，及时的提醒用户做好保护措施，从而可以避免吸入过多的PM2.5等对人体有害的灰尘。此外，此PM2.5检测仪体积较小，方便携带（可以挂在衣服或书包外面）。

关键词：单片机;PM2.5;检测仪

1.项目背景

随着时代的发展，空气质量越来越差，因为各种工厂、生活的废气排放，空气中混入了越来越多的对人体有害的细颗粒物，这种细颗粒物又称PM2.5，颗粒半径小，如果在空气中长时间停留，污染物很容易被风等其他介质带到很远的地方，会导致扩大污染范围。除此之外，由于它本身的特质，它还很容易跟床层在空气中的化学物质发生反应。其浓度在空气中越高，就说明空气污染程度越严重。不仅如此，PM2.5还会导致大气能见度的降低。平均每人每天需要呼吸约10000L空气，如果空气中有污染物，人类健康将不可避免地受到损害。鉴于其对环境质量和人类健康的严重影响，伴随着现代工业发展，PM2.5已成为评价环境影响和防治与研究大气污染的焦点对象。（如图1所体现）通过综合治理PM2.5，以达到将其减排及总量控制的目的，首先要做到能够实时确定其在空气中的含量。因此从整体来看，传感器能反应实时的PM2.5含量，温度和湿度等情况并且能通过APP在移动端显示出来。

2.项目原理：

在原理上来看，可分为光吸收和光散射两种情况。本项目产品运用的是光散射法测尘原理（图2所示）：当气流进入灰尘传感器内腔时，含尘空气被激光管照射，灰尘会使光线产生散射，散射光量与灰尘浓度呈正相关性。当粒子和分子暴露在光下时，会产生漫射光现象，同时吸收部分光的能量。当被测颗粒场中有一束平行单色光入射时，由于单色光会受到颗粒旁散射和吸收的影响，光强将会被削弱。这样，可以测量通过测试场的入射光的相对降解率，并且原则上可以线性地逆转相对降解率。光的强度与光电转换的电信号强度成正比。对电信号的测量能达到相对衰减速度。空气会从传感器中间的一个小孔吹进来。作为自由流量，定向LED灯会从空气中检测粉尘，再通过光折射来测定粉尘含量。如果将散射光量变换成电信号，并通过电路进行处理，则可实现对灰尘浓度的定量测定。

3.项目市场

目前国内外市场上已经有各种各样较成型的灰尘传感器，总体可分为三种：快速测尘仪、称重法采样器和连续监测灰尘传感器。而我们基于单片机的新型产品能够在灰尘传感器的基础上增加了其他的功能，例如煤矿建设和生产检测与空气净化等等，比如国内的赛纳威和华曼等，国外的日本神荣，日本夏普等，但这些产品并没有广泛地投入使用。随着人们逐渐提高生活质量，生活的环境越来越受到人们的重视，人们也会逐渐加大对这一类产品市场需求量。

4.项目特色：

（1）传感器检测空气中灰尘反射的光线，以评估灰尘含量，并通过系统将数据传输到移动电话终端，以了解用户如何实时监测即将到来的环境PM2.5变化;

（2）检测仪采用最小封装和系统的形式进行制造，尽量简化电路的复杂度和大型原件的使用，方便用户随身携带;

（3）投入成本低，推广速度快，实用性强，价格亲民，性价比高，易被大众化用户接受;

（4）检测仪检测出来的环境数据误差小。

5.项目创新点：

（1）电源电路独立制作，检测仪的功耗小，一颗纽扣电池就可以使用近一年，电池不需要频繁更换;

（2）利用检测仪收集到的信息可以快速传输至用户的手机移动端;

（3）系统具有语音播报功能，当用户所在的地区PM2.5值超过一定范围会实时提醒用户，从而用户可以及时采取相对的防护措施;

（4）利用二极管和晶体管检测空气中的灰尘反射光直接判断灰尘含量从而得出PM2.5含量的数据;

（5）实现网络互连。

6.夏普光学PM2.5灰尘传感器技术指标：

夏普光学PM2.5灰尘传感器技术指标：浓度的测量范围：（1～1000）mg/m3;采样流量：1L/min;采样流量的误差：≤1.5%;稳定性的相对误差：±1.5%;测量误差：≤7%;显示方式：数码LED屏幕。

7.结束语：

PM2.5浓度灰尘传感器的诞生，它的诞生解决了我们无法实时了解周围环境的空气质量问题。PM2.5灰尘传感器有着较高的精密度，PM2.5再加上灰尘传感器，我们随时都可以掌握PM2.5浓度值从而通过空气净化器的联动，污染空气可以设定指数的范围，如果污染超过标准值，可以远程打开空气净化器，改善空气质量，使空气更加便捷和自由。2.5浓度灰尘传感器模块包括各种空调、空气净化器、新风速系统、可以内置物联网智能网站等。产业界为工业超正室灰尘测量、车辆载体净化设备或环境改善设备等仪器提供快速准确的浓度数据。

参考文献：

[1]  任鹤飞，刘华，粱夕雯，吕静.粉尘测量报警仪的设计方法[J].数字技术与应用，2014（09）：153.

[2]  生态环境部：今年全国未达标城市PM2.5要同比下降2%[J].生命与灾害，2019（03）：45.

[3]  王嘯东.PM2.5粉尘颗粒检测仪的研制[J].电子世界，2013（16）：96.

项目来源：区级大创项目  201710595231  夏普光学PM2.5灰尘传感器

（作者单位：桂林电子科技大学信息与通信学院）