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【21ic DIY开源活动】奋战一星期,搞个开源 PM2.5 ......

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 05:25 编辑

一、前言:

这次21ic上海聚会,21ic的高总想请我搞点DIY活动,匠人拿老T叔的PM2.5检测仪说事,这段时间俺确实很忙,但几个头儿都开口了,总要给个面子,贡献点东西出来~~~

也想不出搞个啥东东,就把匠人推荐的老T叔做的PM2.5检测仪,拿来分析了一下,感觉工作量不大,短期能赶出来,就着手搞一个克隆版吧~~~

尽管这是一个有外壳独立成型的PM2.5检测仪 ,但也可多花点成本(100元左右),组成下面的综合系统。
主要功能:

1. 空气净化器,可过滤通过的空气,并动态检测空气质量(PM2.5)。

2. 冷暖风机,夏天吹凉风冬天吹热风。

3. 实时检测 PM1.0,PM2.5,PM10 浓度。

4. 实时检测 0.1升空气中,直径 0.3um,0.5um,1.0um,2.5um,5.0um,10.0um 以上颗粒物个数。

5. 配备 3.5英寸 彩色触摸屏,显示测量数据,并且可作为键盘参数输入。

6. 风扇可无级调速,并实时检测显示转速(风量)。

7. 具有定时延时自动关机功能。

8. 暂时就想到这此,以后想到什么功能再增加。


======================================================================================

关于套件发行,视参与的21ic网友意愿而定,基本上准备以下以个方案。

1. 冷暖风机+空气净化器,约100元左右;PM2.5激光传感器,约100多元。3.5英寸彩色触摸屏,60几元。这些大头,合计 300元左右,由21ic网友自行采购。

2. 剩下的一点骨头活,包括定制的不锈钢外壳,PCB板,元器件,改装的金属结构件,固定件等全套零件,由俺统寿 21ic负责供应,收取材料成本费,约 100元 出头一点。

3. 也可再降一级,仅供应改造的核心部件,包括PCB板和元器件,无外壳,这样只要 20元左右的成本。

4. 最简单省事的就是免费送 PCB板,所有器件自行解决。



打赏榜单

21ic小喇叭 打赏了 20.00 元 2015-12-23

评分
参与人数 1威望 +8 收起 理由
tyw + 8 老许动作好快哦,4核的吧,哈哈

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-22 19:53 编辑

二、主要器件选型:
1. 冷暖风机+空气净化器,淘宝上我看中这一款,主要看中他带过滤网。

美的出口取暖器迷你暖风机 PTC陶瓷电暖风家用电暖风电暖器包邮
http://item.taobao.com/item.htm? ... &id=41725461630
风机.jpg


买了个样品,拆开分析了一下,有三个问题。
a. 翻倒不能自动断电,这对取暖器来说,不够安全,就自己增加一个吧。

b. 风量不够大,内部用的阻容降压,降到 DC12V给风机供电,空载实测 DC12.6V,接上风机电压降到 DC10.4V,明显电源功率不够,看了下风机,也是小功率的,故重新买个风机换上。

原装台达 AFB1224SH 12025 12CM 24V 0.42 温控大风量变频器风扇
http://item.taobao.com/item.htm? ... &id=38860140033
风扇.jpg


c. 过滤网质量太差,网格很大(估计风量太小没法用细密的),故重新买了 PM2.5过滤网换上。

【天天特价】diy空气净化器过滤棉防雾霾pm2.5 买三赠1 买5赠2
http://item.taobao.com/item.htm? ... &_u=m108da7b865
过滤网.jpg


2. PM2.5激光传感器,淘宝上我看中这一款,这个品牌听说可以,能测 PM1.0,PM2.5,PM10 浓度,并且带颗粒物个数检测。

激光PM2.5传感器 灰尘 PM10 数字 高精度 颗粒物浓度 攀藤 G1
http://item.taobao.com/item.htm? ... &_u=m108da7adb5
激光PM2.5传感器.jpg

购买的时候别忘了带根插头线,小间距的一般难配。


3. 3.5英寸 彩色触摸屏,是老T叔推荐的,再次感谢!

Usart GPU 串口屏触摸屏带中文字库3.5吋智能单片机开发液晶屏
http://item.taobao.com/item.htm? ... &_u=m108da70afe
显示屏.jpg


使用特权

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 05:32 编辑

三、冷暖风机+空气净化器 改造设想:

原准备内置的,整体美观,但有几个问题。

a. 里面空间不大,安装很紧凑,显示屏装个 2.2寸的都很难装,并且工艺性不好。
   更主要的,担心打开取缓器时,里面过热,引起 PM2.5激光传感器、彩色触摸屏等元件老化损坏,故弃之。

b. 后来考虑外置,做个壳子装在取缓器的下面,但考虑到底部的灰尘比较多,让 PM2.5激光传感器吃灰也不好,会引起传感器失灵,故弃之。

c. 最终决定,做成外置独立式,放在取缓器的上面,并且 3.5英寸 彩色触摸屏 设计成斜放,便于观察和操作。


这样,PM2.5检测仪,自成系统,可单独使用。


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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 05:39 编辑

PM2.5检测仪外壳图,1mm不锈铁激光切割,弯折焊接而成,比较正规。
PM2_5a.JPG




这是CAD加工图纸,可用 AutoCAD 2008 打开。

PM2_5.rar (47.06 KB)

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 06:15 编辑

四、单片机选型:

由于程序简单,只需从串口读取 PM2.5激光传感器 数据,再将数据转送 彩色智能触摸屏 显示,对速度没要求,用最普通常用的单片机即可。

第一选型考虑用 芯唐Cortex-M0系列的 M051/Mini51, 但查资料后,发现片内 RC振荡器,在全电压全温度范围内,频率稳定性在 ±5%,而串口频率偏差最大充许为 ±4%,担心冷热变化 串口不能可靠工作。

故有了第二选型,采用 中颖SH79F1612A,查资料得知,片内 RC振荡器,在全电压全温度范围内,频率稳定性在 ±2%,而串口频率偏差最大充许为 ±4%,不用担心春夏秋冬天气变化,串口都能可靠工作。

因此,最终定型为 51系的 中颖SH79F1612A,不过在 电路设计上,将输入输出的控制端口,通过连接器引出,这样,方便网友更换其他任意型号的单片机,只需将单片机最小系统的几根控制线插入即可。


这是SCH原理图

Schematic Prints.jpg

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 06:16 编辑

这是PCB图
未命名.JPG

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 06:18 编辑

这是SCH原理图工程文件,AD09 格式
PM2检测SCH.rar (22.33 KB)

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 13:58 编辑

来点技术资料:

激光PM2.5传感器 灰尘 PM10 数字 高精度 颗粒物浓度 攀藤 G1

工作原理.jpg

传感器技术指标.jpg
重申:G1传感器需要5V供电,串口输出3.3VTTL电平。

注意1:如果用电脑的USB口给传感器供5V电源,可能会因不同电脑的USB口供电能力不同,而产生电脑短暂卡顿,电脑虚拟串口不正常工作,如果是此种情况,请用外部5V电源给传感器供电。

注意2:至少使用Pin1,Pin2,Pin5三个管脚。Pin3(设置工作模式)和Pin6(低电平复位)可根据用户需求灵活选择使用。


传感器技术指标3 .jpg

请注意管脚的定义顺序,Pin1在右侧,Pin8在左侧。上电之前请再三确定连线无误。

=========================================================

特别说明1:如果测试,一定是用USB转TTL模块!不是DB9,9针串口之类,也不是USB转RS232,因为传感器一端是TTL电平,不是一些用户所认为的RS232电平,TTL电平和RS232电平有什么区别可百度一下。(一些用户常在此栽跟头,注意下,亲们~)

特别说明2:TTL电平(3.3V)可以直接连接3.3V的单片机I/O口,如果使用5V单片机,中间加了小电阻或者用电平转换芯片或者MOS管实现都可以。如果您非要直连5V单片机也可以但毕竟不规范,测试一下是可以的,长期使用还是用上面可靠一些的方法。

PMSX003传输协议0.jpg

PMSX003传输协议.jpg

注意:一般取大气环境下,测量数值接近官方公布数据!CF=1是美国标准。所以,CF=1时测出来的数据比大气环境下测出来的数据偏大;举个例子说明:美国大使馆报出来的PM2.5浓度总是比环保局的数值大,就是这个道理。

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-23 06:39 编辑

来点技术资料:


Usart GPU 串口屏触摸屏带中文字库3.5吋智能单片机开发液晶屏

Usart-GPU触摸屏使用说明书.rar (1.96 MB)

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-24 07:40 编辑

趁着外壳及PCB板外发加工的间隙,设计了触摸显示屏的显示画面。

开机,检测 PM2.5

PM2_5a1.GIF



按 21ic 图标,切换到 风速 及 定时关机 设置。

PM2_5b1.GIF


再按 按 21ic 图标,返回 主画面。

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-24 07:56 编辑

硬件设计要点:

1. 单片机供电为 3.3V, 这样,可直接和 PM2.5激光传感器相连接。

2. D1,D2,D3组成 3.3V to 5V 电平转换器, 和 彩色触摸显示屏 相连接。

3. P4口输入的加热器接通电压,经电阻降压和光耦隔离,送单片机。

4. OUT1,OUT2 输出,经 MOC3041隔离后控制双向可控硅的导通,用以 开/关 加热器。

5. OUT3 输出 PWM脉冲,经 D6 放大后控制风机的转速,并且实时检测输入风机的转速并显示。

6. 保留的P6口, 将控制线引出,这样,方便网友更换其他任意型号的单片机,只需将单片机最小系统的几根控制线插入即可。

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-24 17:10 编辑


原取暖器电路原理图:
原电路.JPG


经改造后的电路原理图:
改造后.JPG

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-28 15:51 编辑

程序基本调通~~~

来两张图~~~

DSC00136_副本.jpg



DSC00141_副本.jpg

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2015-12-26 15:04 编辑

外壳做好了!
DSC00119_副本.jpg


DSC00117_副本.jpg


PCB板也来了!

DSC00115_副本.jpg


焊好的板子

DSC00123_副本.jpg


来张全家福~~~

DSC00121_副本.jpg

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 laoxu 于 2016-1-2 14:57 编辑

程序原代码打包上传:

PM2_5检测器.rar (148.3 KB)

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laoxu|  楼主 | 2015-12-22 19:16 | 显示全部楼层
占位!

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活出自我| | 2015-12-22 19:17 | 显示全部楼层
期待大作!

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justtest111| | 2015-12-22 20:53 | 显示全部楼层
强烈关注,十分期待!

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gampt| | 2015-12-22 21:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 gampt 于 2015-12-22 21:27 编辑

热风好说,冷风不好办吧;液晶屏界面可以用单片机做,用串口屏感觉不太好。

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秋风式街球| | 2015-12-22 22:02 | 显示全部楼层

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