自制Arduino檢測器關注空氣質量

本文編譯自 Air Quality Monitoring，原作者為Chris Nafis。DIYer Yeelink姜工對原文進行了翻譯，並基於原文中的原理，製作出了自己的空氣質量檢測器。

譯文

因為過敏和哮喘，我特別關心室內和室外的空氣質量。我使用Quadrafire木炭火爐——一個應該是比較乾淨的柴爐做飯，打算看看它對我家中的室內空氣質量(灰塵)和室外空氣質量(煙)的影響。紐約州在多個地方監控空氣質量;認證的過敏和哮喘顧問在紐約州的Albany釋出空氣汙染指數，美國肺協會寫過一篇非常棒的論文叫做《美國的空氣》(State of the AIR)談論顆粒汙染。

1.1 材料

6針的 mini TE介面 $2

夏普光學粉塵感測器 GP2Y1010AUoF $12

Arduino Uno Ethernet $65

9VDC電壓 $7

Davis 遮蔽罩(紅外遮蔽罩) $67.5

40毫米風扇 $13

1.2 檢測

290刀的 Dolys “DC1100 Pro Air Quality”是一個真正的鐳射顆粒檢測器，帶兩種不同的測量範圍。小的通道(0.5>微米)應該可以看到細菌和黴菌。

高一點的通道(2.5>微米)可以看到灰塵和花粉。LCD顯示器持續的顯示小通道和大通道的長條圖和讀數，本裝置能儲存長達30天的空氣質量資料。

我購買了一個帶有PC介面的產品，並把它連線到了Arduino ethernet板上，這樣我就能自動的傳送資料到Pachube了。如果空氣質量有問題，我的手機就能收到通過Twitter釋出的報警資訊。

這個產品非常的靈敏。它可以非常容易的檢測到走過地毯時掀起的灰塵，或者是炒菜時候的煙。下面的圖中你能看到非常有趣的事情。

首先在晚上的時候大家都休息了，讀數會非常的低。你也能看到在中午的時候我女兒炒菜，資料會特別高，並且要花很長的時間才會逐漸降低。

1.3 實現流程

Arduino Ethernet板連線夏普感測器的圖紙可以參閱 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet

1.4 取樣流程

點亮連線到pin2 的LED，過0.28毫秒，對連線到A0的模組Vo進行取樣

過0.04毫秒，關閉LED，並且等待9.680毫秒。

這個10毫秒的取樣週期會不停的進行重複，程式碼可以參考 arduino Source Code

Sharp pin 1 (V-LED) => 5V (通過一個150歐的電阻連線)

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

我使用了一個小型的40毫米風扇保證空氣能夠被送到夏普感測器中，可能並沒有必要，因為我將一個感測器安裝到了防護罩內，所以希望確認能看到有粉塵飛入。

1.5 測試和校準

使用烤盤進行測試。

如果您閱讀 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet ，就會發現圖中提供的顆粒濃度(毫克/平方米)與電壓相對值的比較圖。但是這個圖片僅僅從0.5V才有對應資料，而我的大部分試驗中，電壓值都是相對比較低的。所以我手工輸入該圖中沒有涵蓋的資料，並得出了一個線性方程組來近似模擬出大致的(毫克/平米) 對電壓輸出的關係圖。

我非常想了解這個便宜的夏普感測器的靈敏度，並建立起輸出電壓與顆粒數量的對應關係，下面我搞了一個實驗(底下的圖片中就是我讓鍋的煙吹過感測器的效果)。煙霧迅速使得感測器飽和，就做了一個稍長時間的實驗。在我女兒做完午餐後，我決定做一個”pan cake“ (鬆餅) 實驗。你有沒有注意到當在一個老式的鑄鐵鍋用黃油做鬆餅的時候，滿屋子都是煙?我同時將夏普感測器與專業的Dylos DC1100的讀數同步上傳到Pachube上，這樣我就可以進行對兩個感測器的對比和校準了。

從上面看出兩個圖有驚人的相似之處。使用一個簡單的補償和倍增因數將兩組資料疊加到一起看看效果：

(V-0.0356)*120000

有趣的是，Dylos公司有個列表來評估您的空氣質量與住宅環境的關係。

由於我們做的“烤鬆餅”實驗事實上超過了常見標準達50倍。所以夏普感測器對非常小的顆粒讀數的準確性和靈敏度可能還需要一些驗證。

空氣質量圖：小顆粒讀數(大於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 結論

使用者也可以通過網際網路社群來分享其他的資料。比如，Weather Underground就是一個很好的分享我的氣象站資訊的地方。而StrikeStar是一個很好的處理光照感測器資料並生成實時地圖的好地方。

Pachube”發音 Patch-bay“ 將人與機器相連，與應用相連，與物聯網相連。作為一個基於web的服務，整合全球的實時資料， Pachube賦予人們分享資料，合作，並利用周邊世界資料的能力。

我的Dylos 空氣質量和夏普空氣質量資料一直在上傳到Pachube上。它提供了一個簡單的HTTP介面，能讓你將資料傳送到伺服器，並生成資料圖表，引用到你自己的網站上。

製作

​

基於以上原理，我們製作了這個盒子。該盒子的製作人是來自北京聯合大學的張老師，張老師決定公開所有的設計和程式碼，來方便更多的人能夠進行改進，做出更好的東西來。

我們覺得，這個盒子能夠讓廣大的創客朋友們能很快的使用起Yeelink來，而且不需要花費太多的鈔票，而且，自己不去做Hack，也能放在家裡當一個非常準的電子錶使用哦。

功能如下：

插上網線即可使用，自動獲取IP並連入Yeelink平臺

可以顯示當前的精確時間(從UTC時間伺服器獲取)，無須對錶

可以讀取當前的溫溼度資訊並顯示

可以讀取當前環境的可吸入顆粒指數。

可以Hack，隨意的燒寫板子，相容Arduino程式

可以自己擴充套件新功能

未來計劃增加的功能(需要您懂如何下載Arduino程式)

讀取weibo訊息數量

與微信，人人等互動。

自己擴充套件想要的感測器

它給您的好處，我覺得有以下幾條：

低成本，可聯網，帶殼子，帶LCD的arduino，適合交付小型的專案。

可以當Android nano + ENC網絡卡 + LCD用、滿足一定的互動性。

非常豐富的使用和範例文件(正在做…)。

能夠使用Yeelink平臺上面的所有資源。

作者：Yeelink姜工