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激光粉塵傳感器PM2004
產品簡介
1.1 檢測原理
采用激光散射原理，即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產生散射，同時在某一特定角度收集散射光，得到散射光強隨時間變化的曲線，進而微處理器利用基于米氏(MIE)理論的算法，得出顆粒物的等效粒徑及單位體積內不同粒徑的顆粒物數量
1.2 產品說明
PM2004 激光粉塵傳感器是一款數字式通用顆粒物濃度傳感器，可以用于獲得單位體積內空氣中懸浮顆粒物即PM1.0、PM2.5、PM10的個數及質量(μg/m3)，并以數字接口形式輸出。本傳感器可嵌入各種與空氣中懸浮顆粒物濃度相關的儀器儀表或環境改善設備，為其提供及時準確的濃度數據。
最小分辨粒徑0.3微米
屏蔽設計，抗靜電干擾
使用壽命長、數據精準穩定
12mm超薄厚度，體積小巧
空氣凈化器、空氣檢測儀
新風換氣系統、空調
抽油煙機、智能家居設備
空氣質量監測設備、便攜式儀表
醫院、酒店、學校等公共場所
電氣參數 | 技術指標 | |
檢測類型 | PM2.5、PM10、PM1.0個數及質量(μg/m3) | |
檢測范圍 | 0~1000μg/m3 (可擴展) | |
檢測精度 | 最小分辨率 | 1μg/m3 |
數據精準度 | 0~100μg/m3: ±10μg/m3
| |
101~1000μg/m3: ±10%reading | ||
批量一致性 | ≥90% | |
工作電壓 | DC 5V±0.1V | |
工作電流 | ≤100mA (@5V供電) | |
待機電流 | ≤200μA (@5V供電) | |
穩定時間 | ≤8s | |
檢測頻率 | 數據每秒更新1次 (默認) | |
輸出方式 | 默認輸出 | UART (3.3V_TTL電平) |
預留 | IIC、DAC、PWM (默認關閉) | |
使用壽命 | ＞40000小時 (連續工作) | |
參考尺寸 | 48.0x38.0x12.0 mm | |
圖表1
環境參數 | 技術指標 |
工作溫度 | -10℃～50℃ |
工作濕度 | 0～99%RH (無凝結) |
儲存溫度 | -30℃～ 60℃ |
儲存濕度 | 0～99%RH (無凝結) |
圖表2
圖表3 插座間距1.25mm
PIN | 定義 | 說明 |
01 | VCC | 功率輸入 +5V
|
02 | GND | 接地端子 |
03 | SET | 設置 高電平或懸空為正常工作狀態，低電平為休眠模式 |
04 | RXD/SDA | UART-RXD / IIC-SDA (數據輸入 @3.3V/5V) |
05 | TXD/SCL | UART-TXD / IIC-SCL (數據輸出 @3.3V/5V) |
06 | RESET | 模塊復位信號(低電平 @3.3V) |
07 | DAC | 模擬電壓 (默認關閉) |
08 | PWM | 默認關閉 |
圖表4
6.11 UART通訊協議(默認) |
|
圖表5
6.12 UART通用設置 9.1 UART通用設置 | |
波特率 | 9600 |
數據位 | 8 bits
|
停止位 | 1 bit |
校驗位 | 無 |
圖表6
6.13 UART數據定義 9.1 UART通用設置 | |
數據 | 定義 |
起始符1 | 0x42(固定) |
起始符2 | 0x4d(固定)
4d4 |
幀長度 高八位+低八位 | 幀長度=2×13+2(數據+校驗位) |
數據01高八位+低八位 | PM1.0濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
數據02高八位+低八位 | PM2.5濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
數據03高八位+低八位 | PM10濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
數據04高八位+低八位 | PM1.0濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
數據05高八位+低八位 | PM2.5濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
數據06高八位+低八位 | PM10濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
數據07高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 0.3μm 以上的顆粒物個數 |
數據08高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 0.5μm 以上的顆粒物個數 |
數據09高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 1.0μm 以上的顆粒物個數 |
數據10高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 2.5μm 以上的顆粒物個數 |
數據11高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 5.0μm 以上的顆粒物個數 |
數據12高八位+低八位 | 0.1 升空氣中直徑在 10μm 以上的顆粒物個數 |
數據13高八位+低八位 | 預留 |
數據和校驗 高八位+低八位 | 校驗碼=起始符1+起始符2+……+數據13低八位 |
圖表7
設置主動上傳，命令行格式如下：
控制命令 | 數據頭碼 | CMD | 校驗和 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
被動上報模式 | 0x43 | 0x4d | 0xe1 | 0x00 | 0x00 | 0x01 | 0x71 |
主動上報模式 | 0x43 | 0x4d | 0xe1 | 0x00 | 0x01 | 0x01 | 0x72 |
主機讀取數據 | 0x43 | 0x4d | 0xe2 | 0x00 | 0x00 | 0x01 | 0x72 |
傳感器開機 | 0x43 | 0x4d | 0xe3 | 0x00 | 0x01 | 0x01 | 0x75 |
傳感器待機 | 0x43 | 0x4d | 0xe4 | 0x00 | 0x00 | 0x01 | 0x74 |
*被動模式在讀取時才上報，主動模式0.5s上報一次 | |||||||
圖表8
6.14 UART主動上傳 校驗算法 |
主動上傳數據幀的校驗值計算示例： |
數據幀：42 4D 00 1C 00 54 00 6E 00 7C 00 54 00 6E 00 7C 數據幀：00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 03 27 |
校驗值 =0x42+0x4D+0x00+0x1C+0x00+0x54+0x00+0x6E+0x00+0x7C +0x00+0x54+0x00+0x6E+0x00+0x7C+0x00+0x00+0x00+0x00 +0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00 = 0x0327 |
校驗值的高八位 0x03 放在數據幀的第 31 字節 校驗值的低八位 0x27 放在數據幀的第 32 字節 |
圖表9
6.15 UART問答模式 校驗算法
問答模式下傳感器返回數據示例“FF 86 00 47 00 C7 03 0F 5A"
校驗值 = 0x86 + 0x00 + 0x47 + 0x00 + 0xC7 + 0x03 + 0x0F
= 0xA6（僅保留低 8 位）
= 0x59（取反）
= 0x5A（加 1）
示例代碼：
/**********************************************************************
* 函數名: unsigned char FucCheckSum(unsigned char *i, unsigned char ln)
* 功能描述:求和校驗（取發送、接收協議的1/2/3/4/5/6/7的和取反+1）
* 函數說明:將數組的元素1-倒數第二個元素相加后取反+1（元素個數必須大于2）
**********************************************************************/
unsigned char FucCheckSum(unsigned char *i, unsigned char ln)
{
unsigned char j,tempq=0;
i+=1;
for(j=0;j<(ln-2);j++)
{
tempq+=*i;
i++;
}
tempq=(~tempq)+1;
return(temp
圖表10 IIC電路應用
6.22 IIC常用通訊術語 | ||
START | 啟動信號 | 主控板發送 |
STOP | 停止信號 | 主控板發送 |
ACK | 應答信號 | 主控板或傳感器發送 |
NACK | 非應答信號 | 主控板發送 |
圖表11
6.23 協議格式
主控板發送待機命令（0XFD），進入低功耗模式
START + 地址（0XA0）+ACK+命令（0XFD）+ACK+STOP
主控板發送開機命令（0XFE），重新進入工作模式
START + 地址（0XA0）+ACK+命令（0XFE）+ACK+STOP
主控板讀取傳感器模塊數據命令，兩種模式:
僅發送模塊地址
START + 地址（0XA1）+ACK+寄存器00+ACK+寄存器01+ACK+寄存器02+……+寄存器32+NACK+STOP
發送模塊地址+寄存器地址
START+地址（0XA0）+ACK +命令（0X00）+ACK+START+地址（0XA1）+ACK+寄存器00+ACK+寄存器01+ACK+寄存器02+……+寄存器32+NACK+STOP
6.24 IIC數據定義 | |||
寄存器地址 | 數據位 | 數據定義 | |
高八位 | 低八位 | ||
0x00 | 0x01 | 起始符 | 0x42(固定) 0x4d(固定) |
0x02 | 0x03 | 幀長度 | 幀長度=2×13+2(數據+校驗位) |
0x04 | 0x05 | 數據01 | PM1.0濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
0x06 | 0x07 | 數據02 | PM2.5濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
0x08 | 0x09 | 數據03 | PM10濃度(CF=1,標準顆粒物,單位:μg /m3) |
0x0a | 0x0b | 數據04 | PM1.0濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
0x0c | 0x0d | 數據05 | PM2.5濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
0x0e | 0x0f | 數據06 | PM10濃度(大氣環境下,單位:μg /m3) |
0x10 | 0x11 | 數據07 | 0.1 升空氣中直徑在 0.3μm 以上的顆粒物個數 |
0x12 | 0x13 | 數據08 | 0.1 升空氣中直徑在 0.5μm 以上的顆粒物個數 |
0x14 | 0x15 | 數據09 | 0.1 升空氣中直徑在 1.0μm 以上的顆粒物個數 |
0x16 | 0x17 | 數據10 | 0.1 升空氣中直徑在 2.5μm 以上的顆粒物個數 |
0x18 | 0x19 | 數據11 | 0.1 升空氣中直徑在 5.0μm 以上的顆粒物個數 |
0x1a | 0x1b | 數據12 | 0.1 升空氣中直徑在 10μm 以上的顆粒物個數 |
0x1c | 0x1d | 數據13 | 保留，默認為0 |
0x1e | 0x1f | 數據和校驗 | 校驗碼=起始符1+起始符2+……+數據13低八位 |
圖表12
6.3 DAC通訊協議(預留) |
DAC電壓0.4~2V 對應0~滿量程，線性輸出；默認輸出pm2.5 (μg/m3) 例：量程為0~1000μg/m3，DAC輸出1.2V，對應pm2.5濃度為：500μg/m3 |
圖表13
6.4 PWM通訊協議(預留) | |
假設測量范圍為 0～1000 μg/m3，測量類型：pm2.5 | |
濃度輸出范圍 | 0～1000 μg/m3 |
周期 | 1000ms±5% |
周期起始段高電平輸出 | 200us（理論值） |
中部周期高電平輸出 | 1000ms±5％ |
周期結束段低電平輸出 | 200us（理論值） |
通過PWM獲得當前濃度值的計算公式：P(ug/m3)=1000×(TH)/(TH+TL) | |
TH為一個輸出周期中輸出為高電平的時間，TL為低電平的時間 | |
測試項目 | 試驗條件 | 標準 | 樣品數量 : N |
缺陷數量 : C | |||
低溫儲存 | 將傳感器放在-30±2℃的環境中不通電貯存72小時后置于常溫環境下測量其誤差。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
高溫儲存 | 將傳感器放在60±2℃的環境中不通電貯存72小時后置于常溫環境下測量其誤差。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
低溫工作 | 將傳感器置于-10±2℃的低溫環境中，施加額定電壓，工作72小時，然后置于常溫環境下測量傳感器的測量誤差。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
高溫工作 | 將傳感器置于50±2℃的高溫環境中，施加額定電壓，工作72小時，然后置于常溫環境下測量傳感器的測量誤差。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
高低溫沖擊 | 在-30℃保持60分鐘后，10s內切換到60℃再保持60分鐘，重復循環10次。在測試期間，樣品不通電。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
高溫高濕工作 | 將傳感器放置在 45±2℃, 90±5%RH的環境中, 通以電壓(可接受的工作電壓范圍內)工作72小時。 | 常溫環境中恢復2小時后，傳感器應能正常工作。 | N=5 C=0 |
鹽霧試驗 | 根據GB/T2423.17，將傳感器置于35℃的鹽霧箱中，用5%氯化鈉鹽水噴灑24小時。實驗后，用蒸餾水洗滌，用空氣吹干。 | 在標準環境下，恢復應不小于1h，不大于2h，外觀應無不良和腐蝕。 | N=2 C=0 |
振動 | 在X / Y / Z軸裸機應能承受以下條件的振動測試: 頻率范圍：10~55~10Hz/min； 振幅：1.5mm； 掃描周期：2H | 測試后，外觀應無不良。傳感器滿足基本性能測試標準。 | N=4 C=0 |
包裝跌落 | 下落高度：根據GB/T4857.18規定的重量高度來設定高度。按照GB/T4857.5包裝運輸包裝跌落試驗方法進行試驗。跌落試驗順序為一角、三楞、六面。 | 包裝跌落試驗后，傳感器應無不良外觀，無部件脫落，傳感器應正常工作。 | N=1 箱 C=0 |
圖表18
傳感器必須垂直安裝，確保入口和出口保持暢通，避免強氣流。
遠離人工氣流如風扇，如當用于空氣清新機時，風扇的前方和后方都不能安裝，可任選外殼一側安裝，但外殼上要保留通風口以保證外部氣流可以流進來。
安裝時要避免粘性粒子如油類進入傳感器，當這種粒子粘在光學部件上將會產生故障。
潮濕，否則會壞掉。
避免在室外操作或塵土飛揚的環境中操作。
本產品外殼金屬部分與內部電路板的直流地連接，如果人直接觸碰整機的直流地會出現安全問題，因此需要將傳感器安裝在人體不能直接觸碰到的位置，且只有斷電后才能觸碰到傳感器。
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