【应用实例】单片机PM2.5空气监测仪--攀藤G5激光PM2.5传感器

一、功能简述

基于Arduino控制，利用攀藤G5激光传感器测量PM值，DHT11温湿度传感器测量温湿度，1602LCD显示数据。外接一个继电器，当达到一定污染值时启动净化风扇。

焊接之后大概是这个样子。

二、元件

Arduino uno

攀藤G5激光PM2.5传感器

DHT11温湿度传感器

DHT11便宜，但是精度较低，可以用DHT22试试

1602LCD液晶屏

I2C转接板

继电器

三、测试G5传感器

攀藤G5传感器能测量12个数据，包括PM1.0、PM2.5、PM10浓度和颗粒个数。

下图是传感器的管脚定义和接线方式：

将传感器用USB转TTL下载线于电脑连接

先串口测试返回的数据，在串口软件中进行如下设置：

窗口中返回的每一行即是测量的结果，下图是各个数据对应的测量量，比如大气中PM2.5的浓度对应返回数据的第12和13位，程序中对这两位进行提取。

四、电路连接

1.G5激光PM2.5传感器

pin1- ->VCC(+5V)
pin2- ->GND
pin5- ->软串口RX（我这里定义的是pin8）

2.DHT11温湿度传感器

pin1- ->GND
pin3- ->pin4
pin4- ->VCC(+5V)
pin3外接5K欧电阻接VCC

3.1602LCD屏

16引脚的1602与I2C转接口相连，I2C转接口有四个引脚
GND- ->GND
VCC- ->VCC
SDA- ->A4
SCL- ->A5

4.继电器

IN- ->pin12
GND- ->GND
VCC- ->VCC

电路图

实物接线图

五、程序

#include               //温度传感器dht11库文件
#include 
#include      //软串口库文件
#include    

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);  // set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
SoftwareSerial Serial2(8,9);   //RX,TX

struct PARAMS 
{
    float T;//显示温度
    float H;//显示湿度
    long P1_0;  //显示PM1.0
    long _P1_0;
    long P2_5;  //显示PM2.5
    long _P2_5;
    long P10;   //显示PM10
    long _P10;  
    //unsigned long _K1;    //颗粒物浓度
    //unsigned long K1;
    long _K2;
    long K2;
    long _K3;
    long K3;
    long _K4;
    long K4;
    long _K5;
    long K5;
    //long _K6;
    //long K6;
} _params;         //结构体

//对温湿度传感器参数设置
dht11 HT;   // 现在 HT 代表 DHT11 传感器
const int pin = 3;  // 把 DHT11 的 data pin 連到 arduino Pin 3
int jidianqi = 12;  //设置继电器的控制数字引脚

//初始化
void setup()
{
    lcd.begin();                  
    lcd.backlight();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("    Welcome!");  //屏幕设置
    delay(1500);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(" PM2.5 Detector");   
    delay(1500);
    Serial.begin(9600);        
    Serial2.begin(9600);        //软串口
    pinMode(jidianqi,OUTPUT);   //继电器引脚为输出模式
}

//G5 相关变量
static unsigned char ucRxBuffer[250];
static unsigned char ucRxCnt = 0;


//循环计数器
unsigned char loopCnt = 0;



//获取PM2.5的值
void getPM25(unsigned char ucData) 
{
    ucRxBuffer[ucRxCnt++] = ucData;

    if (ucRxBuffer[0] != 0x42 && ucRxBuffer[1] != 0x4D)  
    {
        ucRxCnt = 0;
    }
    if (ucRxCnt > 31) 
    {
        //_params._P2_5 = (float)ucRxBuffer[6] * 256 + (float)ucRxBuffer[7]; //美国标准
        _params._P1_0 = (float)ucRxBuffer[10] * 256 + (float)ucRxBuffer[11]; //中国标准     *****获取*****
        _params._P2_5 = (float)ucRxBuffer[12] * 256 + (float)ucRxBuffer[13]; 
        _params._P10 = (float)ucRxBuffer[14] * 256 + (float)ucRxBuffer[15]; 
        //_params._K1  = (float)ucRxBuffer[16] * 256 + (float)ucRxBuffer[17]; 
        _params._K2  = (float)ucRxBuffer[18] * 256 + (float)ucRxBuffer[19]; 
        _params._K3  = (float)ucRxBuffer[20] * 256 + (float)ucRxBuffer[21]; 
        _params._K4  = (float)ucRxBuffer[22] * 256 + (float)ucRxBuffer[23]; 
        //_params._K5  = (float)ucRxBuffer[24] * 256 + (float)ucRxBuffer[25]; 
        //_params._K6  = (float)ucRxBuffer[26] * 256 + (float)ucRxBuffer[27]; 
        ucRxCnt = 0;
    }
}

//中位值平均滤波，处理PM2.5的值
#define FILTER_N 5
int Filter(long p) 
{             //函数Filter对PM2.5数据进行处理
    int i;
    int filter_sum = 0;
    int filter_max, filter_min;
    int filter_buf[FILTER_N];
    for (i = 0; i < FILTER_N; i++) 
    {
        filter_buf[i] = p;     //处理的数据是_params._P
        delay(1);
    }
    filter_max = filter_buf[0];
    filter_min = filter_buf[0];
    filter_sum = filter_buf[0];
    for (i = FILTER_N - 1; i > 0; i--) 
    {
        if (filter_buf[i] > filter_max)
            filter_max = filter_buf[i];
        else if (filter_buf[i] < filter_min)
            filter_min = filter_buf[i];
        filter_sum = filter_sum + filter_buf[i];
        filter_buf[i] = filter_buf[i - 1];
    }
    i = FILTER_N - 2;
    filter_sum = filter_sum - filter_max - filter_min + i / 2; // +i/2 的目的是为了四舍五入
    filter_sum = filter_sum / i;
    return filter_sum;
}


void loop() 
{
    while (Serial2.available())   
    {
        getPM25(Serial2.read());     //通过getPM25函数获取数据
    }
    //DHT11更新数据速度很慢，所以不要读的那么快
    if (loopCnt % 50 == 0) 
    {
        HT.read(pin);  // 读取 DHT11 传感器
        _params.P1_0 = Filter(_params._P1_0);        //通过Filter函数滤波处理数据赋给_params.P
        _params.P2_5 = Filter(_params._P2_5);        
        _params.P10 = Filter(_params._P10);    
        //_params.K1 = Filter(_params._K1);  
        _params.K2 = Filter(_params._K2);  
        _params.K3 = Filter(_params._K3);  
        _params.K4 = Filter(_params._K4);  
        //_params.K5 = Filter(_params._K5);  
        //_params.K6 = Filter(_params._K6); 
        //1602显示-------------------------------------------------------------
        //lcd.begin();                  
        //lcd.backlight();
        lcd.setCursor(0,0);
        lcd.print(String("") + " H:"+ HT.humidity + " %");      //打印温湿度数值
        lcd.print(String("")+"  T:"+ HT.temperature +"'C"); 
        lcd.setCursor(0,1);
        lcd.print(String("") + " PM2.5:"+_params.P2_5+ " ug/m3 ");    //打印PM2.5数值
        //1602显示-------------------------------------------------------------
    }

    if (++loopCnt > 99) 
    {
        loopCnt = 0;
    }


    if(_params.P2_5<100)                
    {
        digitalWrite(12,HIGH);
    }
    else                        //当PM2.5的值大于100时，启动继电器（带动净化风扇工作）
        digitalWrite(12,LOW);

    //串口显示-------------------------------------------------------------
    Serial.print(String("") + "Humidity = "+ HT.humidity + " %");
    Serial.println(String("")+", temperature = "+ HT.temperature +" °C");
    Serial.println(_params.P1_0);
    Serial.println(_params.P2_5);
    Serial.println(_params.P10);
    //Serial.println(_params.K1);
    Serial.println(_params.K2);
    Serial.println(_params.K3);
    Serial.println(_params.K4);
    //Serial.println(_params.K5);
    //Serial.println(_params.K6);
    //串口显示-------------------------------------------------------------
}