带温湿度、PM2.5等的空气质量检测仪 电路方案

空气质量检测仪,主要功能测量温湿度、PM2.5 现在这种仪器在淘宝上销售的很多,在此开源一款小尺寸PCB的空气质量检测仪,主要测量温湿度和PM2.5值。后续可能会增加甲醛的测量,当然二氧化碳和燃气也可以做出来,不过二氧化碳传感器价格太高,甲醛传感器准备采用TVOC传感器。下面分别说明一下各种传感器选型情况: 系统采用STM8S003F3作为主控,IAR作为编译器。 一、温湿度传感器选型问题 温湿度的测量是最常见的测量,传感器价格从低到高,性能也相差很多。相对湿度的计算是要通过温度来完成的。想当年做高精度镜面露点仪的时候,测量的湿度是用露点法,(通过逐渐降低空气的温度,使空气中的水分凝结成露水,当温度值恰恰在凝结露水的那一点的时候,称作露点。)其测量精度可以达到0.1摄氏度。测量时间大概需要20分钟甚至更长。绝对湿度(露点)换算成相对湿度值必须以温度作为辅助计算,这也就是为什么温湿度传感器总是一体的原因了。 当然了,精密仪器的价格和应用场合毕竟和消费品不同。目前市面上常见的温湿度传感器有广州奥松的DHT11、DHT22等DHT系列产品,和瑞士Sensirion的SHT10等SHT系列。瑞士几家做温湿度传感器的大公司还是很牛的,一致性、重复性做的都很好,当然和镜面露点仪是没办法比的。但是工业上用SHT系列的还是最常见的。而民用则DHT系列最为常见,尤其是DHT11,以其廉价被消费品所接受,但是其测量精度确实一般,手头几个样品的测量结果大概在温度偏差大概是±2度,也就是4度,湿度偏差最大能到10%,也就是±5%,和手册上所说的基本上一致。看来奥松的手册还是很实在的。 开源产品我们选最廉价的,毕竟温湿度只是参考值,最终还是以大家自我的舒适感为准,而不是以仪器的显示数值为准。如果对数值要求比较高的话可以更换其他类型的传感器,反正接口预留是I2C的。 二、测量PM2.5的传感器选型问题 夏普粉尘传感器是最常用的,一般空气净化器上面用的也都是夏普传感器。夏普二代更是数字型,省去了自己做AD采集的麻烦。但是问题也很明显,就是夏普的采用的红外测量方法对传感器内壁的清洁程度要求较高,一旦使用时间过长(北方大概三五天),内部积灰就会影响测量结果,导致偏差较为严重。凡是采用这款传感器的空气净化器恐怕其对空气质量的灵敏度也会随着传感器本身的偏差而越来越差。 更重要的是我们测量PM2.5,用夏普的传感器,需要对电压进行标定,并转换成PM2.5值。这里要说一下PM2.5的定义,是直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。而大颗粒物并不算在其中,所以其实夏普传感器准确的说是粉尘传感器,不管是不是2.5,统统测量并统一输出,也就是说夏普传感器测量的是一个综合值。 这道不是个人所关心的,因为老百姓真正关心的大概也就是这个综合值,而非仅仅是PM2.5,而且综合值和PM2.5也基本是成正比的(微小颗粒物会在空气中聚合成大一些的例子,而大一些的颗粒物也会分解成小一些的颗粒物,这些会根据空气中悬浮颗粒物的多少自己去调整)。所以我们基本认为夏普传感器是准确的。 目前市面上的激光式检测仪也越来越多,最早是美国数万元人民币的TSI设备,被中国人盯上以后,有了几百块钱的汉王霾表,而后北京攀藤、济南诺方的激光式传感器也都出来了,而且定价越来越亲民,淘宝价格已经在150-200之间了。激光式传感器解决了夏普传感器长时间测量偏差变大的问题。而且能准确测量出PM1、PM2.5、PM10等等,并且可以数出通过传感器的悬浮颗粒物的个数,然后通过统计学的方法换算成ug/m3,测量精准。其问题是风扇和激光头,因为其寿命行内人士大概都是清楚的,如果选用激光式传感器,则需要考虑如何应用才能延长其寿命,算下来,两三年倒也是可以的。 那么我这次选择的激光式传感器是六度的HLPM025,主要原因是这款传感器是朋友的杰作,我能拿到最低的价格。而且根据手头几个样品的测试结果,感觉比攀藤的更好。主要原因是攀藤的金属外壳会导致其测量结果不稳定。经检查,攀藤传感器的金属外壳是直接接到其系统内部的参考地上,在淘宝上固然能够宣称“漂亮的金属外壳”作为其噱头,但是实际测量结果是,手一旦碰到其外壳上,就会引起测量数值的波动,当然长时间触摸就没有问题了。而且拆掉其金属外壳后,测量值飘忽不定。而六度的传感器HLPM025则不会产品这种情况,因为他们根本没必要使用金属屏蔽外壳。 另一个让我选择六度传感器的原因是,攀藤传感器做了数值稳定的功能,当PM2.5数值在某个范围内波动的时候,他不会显示出实时值,而是以固定数值的形式存在,好看固然好看,而我更喜欢有点波动的感觉,因为这样才是更符合空气流动性的情况,就像是汉王霾表,他的测量数值一直是在跳动的。而六度的传感器则和汉王霾表输出的情况类似,如果需要做成相对稳定输出的话,我可以直接在程