空氣品質感測器 

Description

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指導教授:曹永忠 博士

作者:

國立暨南國際大學應用材料及光電工程學系光電碩士在職專班

李杰瑞、曾隆興 、黃瑞展、王淑美、鄭曉儀

創作發想

2020-01-02 聯合報報導:

台灣空氣健康行動聯盟今公布去年空氣品質PM2.5(細懸浮微粒)排行榜,指全台以南部高屏空品區年均值26.1微克/立方米最糟,雲嘉南空品區23.6其次,中部空品區22.1第三。  (台灣 PM2.5 在 15.4以下屬「良好」 )

除了參考政府公佈的數據外,若能隨時檢測自身居家環 境空氣品質狀況,可為自身健康多一層把關,所以便有了自製空氣品質偵測器的產生。

什麼是PM2.5 ?

  • 懸浮微粒 英文簡稱PM
  • 是particulate matter的縮寫
  • 大氣環境中除了水分子之外的固態或液態粒狀物。這些空氣中的顆粒若直徑小於10微米,就有機會被吸到肺部,造成健康危害,因此過去監測對象主要針對PM10,後來發現:
  • 更小的2.5微米、對健康的影響更大,所以稱為「細懸浮微粒」。

PM2.5 的健康危害

架構圖

使用材料

元件材料

1.PM2.5偵測器  —  PMS3003(粉塵傳感測器)

 

工作原理:

採用鐳射散射原理:當鐳射照射到通過檢測位置的顆粒物時會產生微弱的光散射,通過不同粒徑的波形分類統計及換算公式可以得到不同粒徑的實時顆粒物的數量濃度。

特點:

■數據準確:鐳射檢測,穩定、一致性
■偵測快速:低於10 秒
■可獨立運作,自帶風扇
■解析度高:分辨顆粒最小直徑達0.3 微米

適用範圍:

PM1.0 PM2.5 PM10檢測儀、淨化器

2. 溫濕度傳感器 — DHT22

 

DHT22電容式濕度感測數字溫濕度模塊是一種包含已校準化合物的數字溫濕度傳感器輸出信號。應用專用的數字模塊採集技術和溫濕度傳感技術,以確保產品具有很高的可靠性和出色的長期穩定性。

  • 電壓DC3.3V~5.5V
  • 濕度量測範圍0~100%RH
  • 濕度精度±2%RH,溫度量測範圍-40~80℃

3. 開發版 RTL8195A

Realtek Ameba RTL8195AAmeba RTL8195 Arduino Wireless Board 瑞昱 阿米巴物聯網開發板

Ameba RTL8195AM 是一個Arduino 兼容的開發板,用於物聯網,除WiFi連接外,還包括一個NFC標籤,並且可以通過Arduino兼容的標頭來支持以太網。該板的大腦是Realtek RTL8195AM ARM Cortex M3 MCU,包括WiFi連接,硬件SSL,SRAM和閃存。它為製造商社區和Quadcopter,太陽能係統,傳感器環境,自動化解決方案等提供了最佳解決方案。

阿米巴物聯網開發板

 

4. 時鐘模組 — T1nyRTC

由於Arduino開發板沒有內置時鐘,所以加入外部時間模組_RTC I2C(DS1307晶片)。

DS1307 I2C實時時鐘晶片(RTC),24C32 32K I2C EEPROM存儲器,解決DS1307帶備用電池不能讀寫的問題。充滿電後,能提供DS1307計時1年。

Parameters:

SCL:連接到Arduino引腳SCL

SDA:連接到Arduino引腳SDA

特點:

*可對秒,時,分,每月的天數,月份   ,每週的天數進行記數,並具有閏年補 償功能。記年上線2100。

*56位元組非失性的RAM

*兩線串列介面

*可編程方波輸出

*自動掉電檢測和切換電路

*在電池備份模式下,功耗小於500nA

5. LCD — LCD2004-I2C1

LCD 顯示螢幕

將電路的資訊顯示出來,LCD2004(驅動IC:SPLC780D),可顯示四行資訊(每行20個字元),常用來與Arduino開發板搭配。

IC2 版本為使用4bit模式,可減省I/O腳位。

6. 麵包板

7. 單芯線

8. 軟體:Arduino

製作過程

實體電路

電路圖

LCD2004 -I2C  程式範例:使用四條數據線(d4d5d6d7)控制LCD

語法:

LiquidCrystal(rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal(rs, rw, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal(rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal(rs, rw, enable, d4, d5, d6, d7)

Parameters:

rs:連接到LCD上RS引腳的Arduino引腳

rs:連接到LCD上RS引腳的Arduino引腳

enable:連接到LCD上使能引腳的Arduino引腳的編號

Example:

程式_PMS3003AirQualityV81

/*

This example demonstrate how to read pm2.5 value on PMS 3003 air condition sensor

PMS 3003 pin map is as follow:

PIN1  :VCC, connect to 5V

PIN2  :GND

PIN3  :SET, 0:Standby mode, 1:operating mode

PIN4  :RXD :Serial RX

PIN5  :TXD :Serial TX

PIN6  :RESET

PIN7  :NC

PIN8  :NC

In this example, we only use Serial to get PM 2.5 value.

The circuit:

* RX is digital pin 0 (connect to TX of PMS 3003)

* TX is digital pin 1 (connect to RX of PMS 3003)

*/

/*

This example demonstrate how to upload sensor data to MQTT server of LASS.

It include features:

(1) Connect to WiFi

(2) Retrieve NTP time with WiFiUDP

(3) Get PM 2.5 value from PMS3003 air condition sensor with UART

(4) Connect to MQTT server and try reconnect when disconnect

You can find more information at this site:

https://lass.hackpad.com/LASS-README-DtZ5T6DXLbu

*/

資料庫 PHP  :

1.

2.

3.

4.

站台管理員:

成果展示

空氣品質偵測器  運作示意圖

 

成果影片:

IMG_1037

未來發展

2020 美國CES消費性電子展,廠商瞄準空汙市場,推出面罩式空氣清淨機,省去戴口罩的窒息感,且能過濾超過 98% 的 PM2.5。【CES 2020】AO Air Atmos 全透明口罩,聲稱比普通口罩有效 50

   

結語

日益嚴重的空污,已嚴重影響日常生活,甚至疾病;在大環境無法有立即改善之時,需要採取更積極的保護方式。

除了即時、透明化與的空氣品質資訊,需更廣泛的讓大家知道外,在不久的將來或許隨身型的面罩空氣清淨機,會跟手機一樣普及,而不需要再受限於空氣品質差,而減少外出活動。

 

(MakerPRO編輯部代發)

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