【雕爷学编程】Arduino动手做（42）---PM2.5粉尘传感器

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践（动手试试）出真知的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一做做实验，不管能否成功，都会记录下来---小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

实验四十二：DSM501A韩国进口PM2.5灰尘粉尘传感器模块

韩国三瀛（SYHITECH）原装进口，专利产品粉尘传感器DSM501可以感知烟草产生的烟气和花粉，房屋粉尘等，加热自动进气装置，可调电阻设置检测灰尘的大小。采用与粒子计算器相同原理为基础，检测出单位体积粒子的绝对个数。

板上主要是一颗KEC（韩国电子）产的KIA324F，类似于LM324的四路运算放大器芯片

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。

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。

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：
相关的论文很多，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。

测量模块主要特性
●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）

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

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）

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。

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。

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（42）

实验四十二：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();

  }

}

　　

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；DSM501A要垂直放置

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模块稳定后，使用电烙铁加热松香而产生的烟雾，进行细微粒检测

检测到烟雾后，串口数值有大幅度的变动，减少了（红点处）

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。

下图为图形模块的编程

DSM501A对烟雾还是挺敏感的

空气质量较好情况下接收的实验数据