尝试DIY一个空气净化器 （2）空气检测模块方面 进展

hi55234

预计实现目标：
1、空气质量双检测，粉尘检测+气味检测

实际现实目标：
粉尘检测：完成度30%
气味检测：完成度0% T_T

目前
最小化原型1=Arduino Pro mini + 8cmX2CM纤维洞洞板+0.96英寸 OLED + GP2Y1010 + 网线若干 + 手机电池一块

上裸照：





新鲜的照片配上新鲜的气象部门发布的数据



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最小化原型2=Arduino Pro mini + 3块面包板板+4个LED数码管 + GP2Y1010 + 4片74HC595 +SD卡模块一个+网线若干 + DS18B20+CP2102模块一个





有原型2，就是为了和解决与气象站发布的数据尽量一致的问题：

例如这个：



又比如这个：



渐渐的发现问题了，PM2.5下降的时候，粉尘头的数据却低不下去：


明显是没有扣除无尘时的电压嘛~~可是哪儿去找无尘时的电压呢？就算有无尘环境，也太麻烦了吧，对照GP2Y1010的原理，可知，所谓无尘情况，就是检测头接收不到红外信号的时候嘛：


果断用异物阻断后外线，得到近似于无尘时电压的输出值，将值扣除，却又发现了新问题，即二是同等粉尘增幅情况下的电压增量是不同的（PS：这个是推论，理由是同样扣除初始电压的几个GP2Y1010有的值是接近的，有的却差了十万八千里），于是以少数服从多数的原则，将值相识的粉尘头作为标准增幅标准，然后对“非标准”的电压值在程序中进行缩减或增加（当然，这种缩减与增加肯定有负作用，即缩减会降低粉尘头的量程，增加则会增加粉尘头的误差，为此，后面还要探索更加合理的异物，以模拟无尘与高粉尘状态，毕竟目前的缩减是在气象部门发布值PM10也就30-40的情况下拟定的，涵盖范围过小，误差必然极大）

这个就是在种低粉尘值下进行缩减后的采集图


很明显的，抖动值变小了，但也可能是由于其他因素造成的
（1）近端时间空气很好，一直下雨，粉尘本来就低，0.8以上的颗粒更少
（2）设备的局限性：


夏普最新的PM2.5检测器也不过25ug以上的浓度才有意义，这就导致此浓度以下的推算不过电压与PM2.5的纯线性推导，误差必然也不小

下一步打算
1、探索更为合理的异物，模拟高粉尘的环境，争取以此与环保部分的发布值靠得更近

模拟高粉尘状态得到解决——水蒸气，不是超身波雾化哦，因为淡淡的水蒸气（50-60°C的开水在9°C环境温度下冒得气），通过调节距离就可以把GP2Y1010推到380ug/m3的电压，大概2.6v的电压，足够了，就此验证了通过2段调节，可以基本实现GP2Y1010的一致性（当然，有条件的话，在高状态，例如100ug/m3、200ug/m3、300ug/m3进行多次分段调节，可以进一步增加一致性）


与气象部门一致性的推测，以此刻为例，气象部门发布PM2.5为84ug/m3，PM10为100ug/m3，而我经过调试后的GP2Y1010则显示为20ug/m3左右，可见这个值涵盖了整个PM10-PM2.5，再加上很小部分的PM2.5，由此可知，要想较精确的获得PM2.5的值，需要知道大环境下PM2.5与PM10-PM2.5的比例，然后用这个比例去处理GP2Y1010的值~~~至于说精确测量，就算是0.3um的激光也是没戏的，何况是这0.8um的红外线

另外测得不够精确与测试结果没有参考价值是不同的，因为这个不完全的结果已经可以担负起粉尘这块的检测任务\(^o^)/

且通过联网，取得实时大环境数据后，在测试精度上有很大的可能性秒杀国产/山寨/不靠谱的手持激光PM2.5检测仪器
PS：通过颗粒数（还是不完整的）换算重量这个本身就不怎么靠谱


2、增加气味传感器

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关于气味的选择方面，从价格上考虑，MQ-2（3.9rmb）加上MQ-135（7.8rmb）是不错的，相关资料如下：

旁热式结构半导体式可燃气体敏感元件MQ-2
应用:可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

适用气体:可燃气体、烟雾
探测范围:300 to 10000ppm
特征气体:1000ppm异丁烷
灵敏度:R in air/R in typical gas≥5
敏感体电阻:1KΩ to 20KΩ in 50ppm甲苯

旁热式结构半导体式空气污染气体敏感元件MQ135
应用:用于家庭、环境的有害气体探测、自动排风装置、空气清新机。

适用气体:氨气、苯、酒精、烟雾
探测范围:10-300ppmNH3、10-1000ppm苯、10-600ppm酒精、1%/m3～10%/m3烟雾
特征气体:100ppm酒精
灵敏度:R in air/R in typical gas≥5
敏感体电阻:1KΩ to 2KΩ in 100ppm NH3


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3、增加蓝牙，与手机连接
4、手机根据与特定地点气象部门的发布曲线对比采集曲线，得出适合特定地点的修正系数，以此计算出更合理的PM曲线

hi55234

毕竟目前的缩减是在气象部门发布值PM10也就30-40的情况下拟定的，涵盖范围过小，误差必然极大

马上用异物证明：

1、无异物状态，作为“标准”的粉尘头换算PM2.5显示18.7，而对应的调整粉尘头显示18 基本一致



2、插入一根白色导线，模拟高粉尘状态，马上就打脸了：
作为“标准”的粉尘头换算PM2.5显示502，而对应的调整粉尘头显示361，差异巨大



可能的其他原因：
（1）导线是软的，插入方式二者不一致

解决方式，多插几次试试

（2）导线模拟了粉尘的极限，因为量程有限，所以正常（最高电压没有5V）

解决方式，换其他异物，或者等天气恶劣情况下再对比一下

komoya

支持一个。我买了个简化的空气净化器，主要是负离子功能

hi55234

果断需要在扣除0点之后分2次修正，这样对于量程就不会有影响，现在零0、低粉尘、模拟极限貌似OK了，就差中度或重度粉尘的测试了~~~

cruiserli

难得楼主这么用心，我也用的这个传感器，即使在空气很好情况下，检测出来168左右，像楼主说的明显没有减去无尘电压，后来就丢在那边没去深究。佩服你钻研的精神

zoologist

有个想法供楼主参考：如果制造一个真空是不是就可以很容易作为0灰尘的空间来定标了？

hi55234

zoologist 发表于 2014-2-11 08:42
有个想法供楼主参考：如果制造一个真空是不是就可以很容易作为0灰尘的空间来定标了？

至少家用吸尘器的真空环境，经试验不靠谱~~~~

用吸尘器+塑料袋=真空环境，这个是我首先尝试的校0，不过，几乎没啥效果~~因为在压力平衡后，推测灰尘因布尔运动会而回流（实际灰尘测量值反而会变大，空气体积减小，灰尘数量不变，相当于浓缩了，当然，作为模拟高尘环境目测也还是可以的）~~另外实在不易操作，吸尘器的吸杆过长，而塑料袋过小，吸尘器噪音不小~~~

效果远不如异物屏蔽红外线，在检测原理上实现“无尘”校对

philhoo

楼主是知其然，也知其所以然啊，太佩服这种钻研精神啦！代码能不能公开一下啊？

hi55234

philhoo 发表于 2014-2-14 22:35
楼主是知其然，也知其所以然啊，太佩服这种钻研精神啦！代码能不能公开一下啊？

目前用软SPI的代码是不能用SD库的，改用U8glib库，需要重新写代码~~~

PS：同时玩玩1602，这个库也在摸索·····

zlmneve

楼主，不给红外线的LED-GND接通就能达到遮挡红外线的目的，是不是可以模拟无尘状态了吧？

hi55234

zlmneve 发表于 2014-2-17 17:26
楼主，不给红外线的LED-GND接通就能达到遮挡红外线的目的，是不是可以模拟无尘状态了吧？

这个方法甚好，实测的话，最低电压为v-led、led-gnd都不接的情况············

万丈

很奇怪我手里的这个传感器的数值下不去，即使把它放在blueair的出风口，数值也下不去，读到的模拟量最低也有230多（1023最大吧，不过实际好像最大只见过700多），不知道什么原因，平时家里测试240-280直接，但同时期室外的pm值可是150-200左右的。

今天试着调了一下传感器上那个旋钮，发现可以吧数值降下去，能降到200左右，但再低似乎就归零了，然后继续调又从700多开始向下走估计那个旋钮自循环了。

问题是，不知道是把这个值调低了能增加从0到现在室内值这个区间的分辨率，还是应该把值调高呢？

buaa230

万丈 发表于 2014-3-28 21:14
很奇怪我手里的这个传感器的数值下不去，即使把它放在blueair的出风口，数值也下不去，读到的模拟量最低也有 ...

240~280你用的可能是rawdata，也就是直接从5#pin读出的V output。
根据传感器的官方曲线，dustdensity=(0.172*5*voutput/1024-0.0999)*1000, 得到的是mg/m3。
一开始我直接用输出值也非常大，用公式转化后，变化曲线就和Dylos DC1100 Pro出的曲线变化比较接近了（当然，绝对值还是有很大差距）

buaa230

万丈 发表于 2014-3-28 21:14
很奇怪我手里的这个传感器的数值下不去，即使把它放在blueair的出风口，数值也下不去，读到的模拟量最低也有 ...

另外，忠告尽量别调节官方传感器上那个旋钮，说明文档上说出场的时候已经使用“香烟测试”做过矫正了。我就自己调过，结果再转回去也不是很准。
调节的方法有以下几种：
1. 增加led点亮时间：官方说是启动280微秒后开始读取voutput，但是也允许上下浮动，这个值增大的时候PM值会读取偏低，减小的时候会增大。
2. 更换5# voutput与单片机连接的AD接口：如果是arduino的话，A0~A7都试试，即便是关闭LED供电，再链接读取的时候，voutput也是有细微的差别的，挑一个比较准确的接口。

☆与☆

pm2.5颗粒数换算浓度每立方？PM2.5我们国家使用μg/m³的单位，怎么转化~