【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（128）---夏普粉塵傳感器

ID:513258 · 發表于 2019-9-22 15:05

本帖最后由 eagler8 于 2019-9-22 15:07 編輯

37款傳感器與模塊的提法，在網絡上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器和模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流為目的，這里準備逐一動手試試做實驗，不管成功與否，都會記錄下來---小小的進步或是搞不定的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百二十八：日本夏普SHARP PM2.5 灰塵/粉塵傳感器 GP2Y1014AU0F 帶線

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 07:48

細顆粒物
又稱細粒、細顆粒、PM2.5。細顆粒物指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。2013年2月，全國科學技術名詞審定委員會將PM2.5的中文名稱命名為細顆粒物。細顆粒物的化學成分主要包括有機碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na⁺）等。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 08:07

生成來源
顆粒物的成分很復雜，主要取決于其來源。主要有自然源和人為源兩種，但危害較大的是后者。在學術界的分為一次氣溶膠（Primary aerosol）和二次氣溶膠（Secondary aerosol）兩種。

自然源
自然源包括土壤揚塵（含有氧化物礦物和其他成分）海鹽（顆粒物的第二大來源，其組成與海水的成分類似）、植物花粉、孢子、細菌等。自然界中的災害事件，如火山爆發向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會將大量細顆粒物輸送到大氣層中。

人為源
人為源包括固定源和流動源。固定源包括各種燃料燃燒源，如發電、冶金、石油、化學、紡織印染等各種工業過程、供熱、烹調過程中燃煤與燃氣或燃油排放的煙塵。流動源主要是各類交通工具在運行過程中使用燃料時向大氣中排放的尾氣。PM2.5可以由硫和氮的氧化物轉化而成。而這些氣體污染物往往是人類對化石燃料（煤、石油等）和垃圾的燃燒造成的。在發展中國家，煤炭燃燒是家庭取暖和能源供應的主要方式。沒有先進廢氣處理裝置的柴油汽車也是顆粒物的來源。燃燒柴油的卡車，排放物中的雜質導致顆粒物較多。在室內，二手煙是顆粒物最主要的來源。顆粒物的來源是不完全燃燒、因此只要是靠燃燒的煙草產品，都會產生具有嚴重危害的顆粒物，使用品質較佳的香煙也只是吸煙者的自我安慰，甚至可能因為臭味較低，而造成更大的危害；同理也適用于金紙燃燒、焚香及燃燒蚊香。但是炒菜5分鐘，PM2.5增加20倍系誤讀。

大氣化學反應
除自然源和人為源之外，大氣中的氣態前體污染物會通過大氣化學反應生成二次顆粒物，實現由氣體到粒子的相態轉換。比如：H₂SO₄+NH₃——NH₄HSO₄等，其中氣態硫酸來自OH自由基氧化二氧化硫SO₂的氣態反應。鹽的水合物：如xCl·yH₂O、xNO₃·yH₂O、xSO₄·yH₂O，隨著濕度的變化，水合物對PM2.5的影響較大，水不僅與鹽化合物生成水合物，由于濕度的改變還形成了鹽的微小溶液液滴。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 08:17

主要危害
雖然細顆粒物只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，細顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。研究表明，顆粒越小對人體健康的危害越大。細顆粒物能飄到較遠的地方，因此影響范圍較大。細顆粒物對人體健康的危害要更大，因為直徑越小，進入呼吸道的部位越深。10μm直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，2μm以下的可深入到細支氣管和肺泡。細顆粒物進入人體到肺泡后，直接影響肺的通氣功能，使機體容易處在缺氧狀態。

全球每年約210萬人死于PM2.5等顆粒物濃度上升
據悉，2012年聯合國環境規劃署公布的《全球環境展望5》指出，每年有70萬人死于因臭氧導致的呼吸系統疾病，有近200萬的過早死亡病例與顆粒物污染有關。《美國國家科學院院刊》（PNAS）也發表了研究報告，報告中稱，人類的平均壽命因為空氣污染很可能已經縮短了5年半。

倫敦毒霧事件
1952年12月5日的毒霧事件是倫敦歷史上最慘痛的時刻之一，那場毒霧造成至少4000人死亡，無數倫敦市民呼吸困難，交通癱瘓多日，數百萬人受影響。

世界衛生組織首次認定PM2.5致癌
2013年10月17日，世界衛生組織下屬國際癌癥研究機構發布報告，首次指認大氣污染對人類致癌，并視其為普遍和主要的環境致癌物。然而，雖然空氣污染作為一個整體致癌因素被提出，它對人體的傷害可能是由其所含的幾大污染物同時作用的結果。

傷害器官
對顆粒的長期暴露可引發心血管病和呼吸道疾病以及肺癌。當空氣中PM2.5的濃度長期高于10μg/m3，就會帶來死亡風險的上升。濃度每增加10μg/m3，總死亡風險上升4%，心肺疾病帶來的死亡風險上升6%，肺癌帶來的死亡風險上升8%。此外，PM2.5極易吸附多環芳烴等有機污染物和重金屬，使致癌、致畸、致突變的機率明顯升高。

影響氣候
人們一般認為，PM2.5只是空氣污染。其實，PM2.5對整體氣候的影響可能更糟糕。PM2.5能影響成云和降雨過程，間接影響著氣候變化。大氣中雨水的凝結核，除了海水中的鹽分，細顆粒物PM2.5也是重要的源。有些條件下，PM2.5太多了，可能“分食”水分，使天空中的云滴都長不大，藍天白云就變得比以前更少；有些條件下，PM2.5會增加凝結核的數量，使天空中的雨滴增多，極端時可能發生暴雨。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 08:50

預防措施

霧霾天氣少開窗。出門在外一定要戴口罩，平常多飲水，可多泡飲菊杞茶這類中醫茶飲，預防疾病，多食用水果，從外回家后要深度清潔皮膚和頭發，此外喜愛晨練以及買菜遛彎的老年人要注意減少出門，因為霧霾對老年人的身體危害極大。

外出戴口罩

多喝茶

適量補充維生素D

飲食清淡多喝水

多吃蔬菜

在霧霾天氣盡量減少出門

開車注意車速

出門時，做個自我防護，佩戴專門防霾的PM2.5口罩、防霾鼻罩，過濾PM2.5，隨時隨地呼吸新鮮空氣。

避免霧天鍛煉。可以改在太陽出來后再晨練。也可以改為室內鍛煉。

患者堅持服藥。呼吸病患者和心腦血管病患者在霧天更要堅持按時服藥

別把窗子關得太嚴。可以選擇中午陽光較充足、污染物較少的時候短時間開窗換氣。

盡量遠離馬路。上下班高峰期和晚上大型汽車進入市區這些時間段，污染物濃度最高。

補鈣、補維D，多吃豆腐、雪梨等。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 08:56

GP2Y1014AU0F
灰塵（粉塵）傳感器，是一款升級版光學質量傳感器，其內部對角安放著紅外線發光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測到塵埃反射光，即使非常細小的如煙草煙霧粒也能夠被檢測到，通常在空氣凈化系統中應用，可測量0.8微米以上的微小粒子，感知煙草產生的煙氣和花粉，房屋粉塵等。體積小、重量輕、便于安裝，廣泛應用于空氣清新機、換氣空調，換氣扇等產品。

其在檢測非常細的顆粒，如香煙煙霧，是特別有效的，并且是常用的空氣凈化器系統。該裝置中，一個紅外發光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA，11毫安典型的），可以搭載高達7VDC的傳感器。輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 09:35

模塊參數
電源電壓：5-7V
工作溫度：-10-65攝氏度
消耗電流：20mA最大
最小粒子檢出值：0.8微米
靈敏度：0.5V/(0.1mg/m3)
清潔空氣中電壓：0.9V 典型值
工作溫度：-10~65℃
存儲溫度：-20~80℃
使用壽命：5年
尺寸大小：46mm×30mm×17.6mm
重量大小：15g

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 09:54

檢測原理
其原理如下圖，傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，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。

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 10:53

模塊電原理圖

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 11:10

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 11:24

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 11:26

ID:592524 · 發表于 2019-9-27 11:34

能檢測PM25

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 12:00

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 12:07

/*
【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗一百二十八：日本夏普SHARP PM2.5 灰塵/粉塵傳感器 GP2Y1014AU0F
項目：模塊測試
GP2Y1014AU0F Arduino Pin
1 Vled –> 5V (150ohm resistor)
2 LED-GND –> GND
3 LED –> Digital pin 2
4 S-GND –> GND
5 Vo –> Analog pin 0
6 Vcc –> 5V
LED引腳必須調節成1ms的周期。
*/
int dustPin=0;
float dustVal=0;
int ledPower=2;
int delayTime=280;
int delayTime2=40;
float offTime=9680;
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPower,OUTPUT);
pinMode(dustPin, INPUT);
}
void loop(){
// ledPower is any 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);
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 12:11

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

呵呵，實驗場所的空氣質量一般般.......

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 12:27

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 12:58

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:05

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:07

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:22

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:45

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:47

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:48

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:50

ID:513258 · 發表于 2019-9-27 13:51

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【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（128）---夏普粉塵傳感器