傳感器原理及項目實戰(zhàn) 課件 項目7-空氣檢測

項目7空氣檢測

主講人7.1認識空氣檢測傳感器7.2空氣濕度檢測實訓7.3空氣質(zhì)量PM2.5檢測實訓7.4思考與練習目錄

空氣檢測是一項非常重要的任務，因為大氣中的各種污染物對我們的健康和環(huán)境都有著嚴重的影響?？諝鈾z測主要包括空氣成分檢測、溫度檢測、濕度檢測等方面。空氣檢測的方法有光譜法、質(zhì)譜法、電化學法、化學分析法、傳感器網(wǎng)絡法等。本項目根據(jù)生產(chǎn)生活的實際需求，主要介紹常見空氣檢測傳感器，包括PM2.5空氣質(zhì)量傳感器、電解質(zhì)濕度傳感器、半導體陶瓷濕度傳感器。

理解和掌握常見空氣檢測傳感器的工作原理和使用方法，了解空氣檢測傳感器基本參數(shù)和環(huán)境特性，熟悉各類空氣檢測傳感器的應用領域。知識目標識目標技能目標

通過對常見空氣檢測傳感器的熟悉了解和軟件編程控制，掌握空氣檢測傳感器的應用方法，掌握空氣檢測傳感器和STM32的接口技術和編程技術。認識空氣檢測傳感器7.1

隨著社會的發(fā)展，生活水平的提高，人們對環(huán)境的要求越來越高，其中每天與人類相伴的空氣質(zhì)量日益受到重視，與空氣質(zhì)量相關的傳感器發(fā)展日新月異?？諝鈾z測涉及的范圍非常廣泛，與生產(chǎn)生活息息相關，空氣質(zhì)量PM2.5、甲醛（HCOC）、甲烷（CH4）含量檢測已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品，傳感器產(chǎn)品也已經(jīng)發(fā)展多年，空氣溫度和濕度檢測更是檢測手段多樣，產(chǎn)品豐富。7.1認識空氣檢測傳感器7.1.1PM2.5檢測傳感器1.PM2.5的定義

霧霾主要由PM2.5、PM10以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒物組成。在空氣動力學和環(huán)境氣象學中，顆粒物是按直徑大小來分類的，粒徑小于100微米的稱為TSP(TotalSuspendedParticle)，即總懸浮物顆粒；粒徑小于10微米的稱為PM10(PM為ParticulateMatter縮寫)，即可吸入顆粒物；粒徑小于2.5微米的稱為PM2.5，即可入肺顆粒物，它的直徑僅相當于人的頭發(fā)絲粗細的1/20。

2.PM2.5的來源

細顆粒物的化學成分主要包括有機碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+），主要有自然和人為兩種來源，后者危害較大。

自然源包括土壤揚塵（含有氧化物礦物和其他成分）、海鹽（顆粒物的第二大來源，其組成與海水的成分類似）、植物花粉、細菌等。

人為源包括固定源和流動源。

固定源包括各種燃料燃燒源，如發(fā)電、冶金、石油、化學、紡織印染等各種工業(yè)過程，以及供熱、烹調(diào)過程中燃煤與燃氣或燃油排放的煙塵。流動源主要是各類交通工具在運行過程中使用燃料時向大氣中排放的尾氣。

除自然源和人為源之外，大氣中的氣態(tài)前體污染物會通過大氣化學反應生成二次顆粒物，實現(xiàn)由氣體到粒子的相態(tài)轉(zhuǎn)換。如氣態(tài)硫酸來自OH自由基氧化SO2的氣態(tài)反應。鹽的水合物：如xCl?yH2O、xNO3?yH2O、xSO4?yH2O，隨著濕度的變化，水合物對PM2.5的影響較大，水不僅與鹽化合物生成水合物，由于濕度的改變還形成了鹽的微小溶液液滴。

3.PM2.5的危害

雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響更大，表7-1列出來PM2.5濃度與空氣質(zhì)量的關系。PM2.5的主要危害：（1）呼吸系統(tǒng)損害；（2）心血管疾?。唬?）癌癥；（4）神經(jīng)系統(tǒng)問題；（5）遮光。

4.PM2.5的檢測方法及工作原理

1）濁度法

所謂濁度法，就是測量發(fā)射端和接收端的光線強度，進而計算出光線能量的衰減，空氣越渾濁光線損失掉的能量就越大，由此來判定目前的空氣濁度。實際上這種方法是不能夠準確測量PM2.5微顆粒物的，甚至光線的發(fā)射、接收部分一旦被靜電吸附的粉塵覆蓋，就會直接導致測量不精準。這種方法做出來的傳感器只能定性測量（可以測出相對多少），不能定量測量。更何況這種方法也區(qū)分不出顆粒物的粒徑來，所以凡是基于這種原理的傳感器的性能都相對要差一些。

2）激光法

激光法的工作原理是激光發(fā)射器發(fā)射的激光被空氣中的粉塵反射時，粉塵的反射光強度與粉塵濃度成正比，反射光再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光電流，最后再由光電流積分電路轉(zhuǎn)換成光電脈沖數(shù)，粉塵的濃度值就是以計算的脈沖數(shù)為基準。這一類的傳感器共同的特點就是離不開風扇（或者用采樣泵吸），因為這種方法空氣如果不流動是測量不到空氣中的懸浮顆粒物的。該類傳感器通過數(shù)學模型可以大致推算出經(jīng)過傳感器氣體的粒子大小，空氣流量等，經(jīng)過復雜的數(shù)學算法，最終得到比較真實的PM2.5數(shù)值。3）Beta射線法

Beta射線法是利用Beta射線衰減的原理，環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當Beta射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，Beta射線的能量衰減，通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度。

4）微量振蕩天平法

微量振蕩天平法是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質(zhì)量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質(zhì)量變化導致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)流量、現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標志的質(zhì)量濃度。

5）重量法

重量法的原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5和PM10顆粒物被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和采樣體積，計算出顆粒物PM2.5和PM10的濃度。必須注意的是，計量顆粒物的單位ug/m3中分母的體積應該是標準狀況下（0℃、101.3kPa）的體積，對實測溫度、壓力下的體積均應換算成標準狀況下的體積。

7.1.2濕度檢測傳感器

隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展及生活條件的提高，濕度的檢測與控制成為生產(chǎn)和生活中必不可少的手段。例如：大規(guī)模集成電路生產(chǎn)車間，當其相對濕度低于30%時，容易產(chǎn)生靜電而影響生產(chǎn)；在農(nóng)業(yè)上，先進的工廠式育苗、食用菌的培養(yǎng)與生產(chǎn)、水果與蔬菜的保鮮等都離不開濕度的檢測與控制。

濕敏元件是指對環(huán)境濕度具有響應或?qū)穸绒D(zhuǎn)換成相應可測信號的元件。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率發(fā)生變化，從而使其電阻值也發(fā)生相應的變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。1.濕度的定義

空氣的干濕程度叫做濕度，常用絕對濕度、相對濕度、比較濕度、混合比、飽和差以及露點等物理量來表示。

1）絕對濕度(Absolute

humidity)

絕對濕度是指在一定溫度和壓力條件下，每單位體積（1m3）的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量（g），單位為g/m3，一般用符號AH表示。它的極限是飽和狀態(tài)下的最高濕度。絕對濕度只有與溫度聯(lián)系起來才有意義，因為空氣中濕度隨溫度的變化而變化。

2）相對濕度（Relative

humidity）

相對濕度是大氣中實有水汽壓與當時溫度下飽和水汽壓的百分比，是日常生活中常用來表示濕度大小的方法。當相對濕度達100%時，稱飽和狀態(tài)。通常用“RH”表示。例如：20%RH，則表示空氣相對濕度為20%。

3）露點與霜點（DewPointandFrostPoint）

濕空氣在氣壓不變條件下使其所含水蒸汽達到飽和狀態(tài)時所必須冷卻到的溫度稱為露點溫度或露點。若露點溫度低于0℃，水汽將凝結(jié)成霜，稱為霜點溫度或霜點。

2.濕度傳感器的分類

濕度傳感器，基本形式都為利用濕敏材料對水分子的吸附能力或?qū)λ肿赢a(chǎn)生物理效應的方法測量濕度?，F(xiàn)代工業(yè)技術要求高精度、高可靠和連續(xù)地測量濕度，因而陸續(xù)出現(xiàn)了種類繁多的濕敏元件。

根據(jù)濕度測量的方式

利用水分子有較大的偶極矩，易于附著并滲透入固體表面的特性制成的濕敏元件稱為水分子親和力型濕敏元件。利用水分子有較大的偶極矩，易于附著并滲透入固體表面的特性制成的濕敏元件稱為水分子親和力型濕敏元件。例如，利用水分子附著或浸入某些物質(zhì)后，其電氣性能（電阻值、介電常數(shù)等）發(fā)生變化的特性可制成電阻式濕敏元件、電容式濕敏元件。1.水分子親和力型非親和力型濕敏元件利用其與水分子接觸產(chǎn)生的物理效應來測量濕度。例如，利用熱力學方法測量的熱敏電阻式濕度傳感器，利用水蒸氣能吸收某波長段的紅外線的特性制成的紅外線吸收式濕度傳感器2.非水分子親和力型根據(jù)濕度傳感器的制造材料（1）電解質(zhì)型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一對電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn)生離子導電，隨濕度升高而電阻減小。（2）陶瓷型：一般以金屬氧化物為原料，通過陶瓷工藝，制成一種多孔陶瓷。（3）高分子型：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極，通過浸漬或涂覆，使其在基板上附著一層有機高分子感濕膜。（4）單晶半導體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導體工藝制成。制成二極管濕敏器件MOSFET濕度敏感器件等。

3.電解質(zhì)濕敏傳感器

這種傳感器利用潮解性鹽類受潮后電阻發(fā)生變化制成的濕敏元件，最常用的是電解質(zhì)氯化鋰（LiCl）。從1938年頓蒙發(fā)明這種元件以來，在較長的使用實踐中，對氯化鋰的載體及元件尺寸作了許多改進，提高了響應速度和擴大測濕范圍。

氯化鋰濕敏傳感器是利用濕敏元件的電氣特性（如電阻值），隨濕度的變化而變化的原理進行濕度測量的傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。

圖7-1氯化鋰濕敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

1-引線；2-基片；3-感濕層；4-金電極

濕敏元件一般是在絕緣物上浸漬吸濕性物質(zhì)，或者通過蒸發(fā)、涂覆等工藝制備一層金屬、半導體、高分子薄膜和粉末狀顆粒而制作的，在濕敏元件的吸濕和脫濕過程中，水分子分解出的離子H+的傳導狀態(tài)發(fā)生變化，從而使元件的電阻值隨濕度而變化。

氯化鋰通常與聚乙烯醇組成混合體，在氯化鋰（LiCl）溶液中，Li和Cl均以正負離子的形式存在，而Li＋對水分子的吸引力強，離子水合程度高，其溶液中的離子導電能力與濃度成正比。當溶液置于一定溫濕場中，若環(huán)境相對濕度高，溶液將吸收水分，使?jié)舛冉档?，因此，其溶液電阻率增高。反之，環(huán)境相對濕度變低時，則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而實現(xiàn)對濕度的測量，其電阻率和濕度之間的函數(shù)關系如圖7-2所示。

圖7-2氯化鋰濕度—電阻特性曲線從圖7-2可以看出，在50%~80%相對濕度范圍內(nèi)，電阻與濕度的變化成線性關系。氯化鋰濕敏元件的優(yōu)點是滯后小，不受測試環(huán)境風速影響，檢測精度高達±５%，但其耐熱性差，不能用于露點以下測量，器件性能重復性不理想，使用壽命短。

4.半導體陶瓷濕度傳感器

通常，半導體陶瓷濕度傳感器用兩種以上的金屬氧化物半導體材料混合燒結(jié)而成為多孔陶瓷。這些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等，前三種材料的電阻率隨濕度增加而下降，故稱為負特性濕敏半導體陶瓷；Fe3O4的電阻率隨濕度增加而增大故稱為正特性濕敏半導體陶瓷，半導體陶瓷可以簡稱為半導瓷。

1）負特性濕敏半導瓷的導電機理

由于水分子中的氫原子具有很強的正電場，當水在半導瓷表面吸附時，就有可能從半導瓷表面俘獲電子，使半導瓷表面帶負電。

圖7-3負特性濕敏半導瓷濕導曲線1-ZnO-LiO2-V2O5

系；

2-Si-Na2O-V2O5系；

3-TiO2-MgO-Cr2O3系

如果該半導瓷是Ｐ型半導體，則由于水分子吸附使表面電勢下降，將吸引更多的空穴到達其表面，于是，其表面層的電阻下降。若該半導瓷為Ｎ型，則由于水分子的附著使表面電勢下降，如果表面電勢下降較多，不僅使表面層的電子耗盡，同時吸引更多的空穴達到表面層，有可能使到達表面層的空穴濃度大于電子濃度，出現(xiàn)所謂表面反型層，這些空穴稱為反型載流子，它們同樣可以在表面遷移而表現(xiàn)出電導特性。因此，由于水分子的吸附，使N型半導瓷材料的表面電阻下降。

由此可見，不論是P型還是N型半導瓷，其電阻率都隨濕度的增加而下降。

2）正特性濕敏半導瓷的導電機理正特性濕敏半導瓷的導電機理的解釋可以認為這類材料的結(jié)構(gòu)、電子能量狀態(tài)與負特性材料有所不同。當水分子附著在半導瓷的表面使電勢變負時，導致其表面層電子濃度下降，但這還不足以使表面層的空穴濃度增加到出現(xiàn)反型程度，此時仍以電子導電為主。于是，表面電阻將由于電子濃度下降而加大

。

圖7-4Fe3O4半導瓷的正濕敏特性曲線空氣濕度檢測實訓7.27.2空氣濕度檢測實訓

使用DHT11溫濕度傳感器對當前空氣溫濕度進行測量，了解DHT11溫濕度傳感器基本原理和使用方法，掌握DHT11溫濕度傳感器與STM32F407ZGT6芯片的接口技術及編程技術，掌握使用keil軟件進行程序設計以及下載和仿真的方法，并在液晶顯示屏幕顯示當前空氣的溫濕度。7.2.1實訓目的及要求1.DHT11的性能指標

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，內(nèi)部由一個8位單片機控制一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件：

工作電壓：3.0V~5.5V；外形尺寸：23.2(L)mm×12.5(W)mm；測量范圍：溫度：-20~+60℃、濕度：5~95%RH；精度：溫度：±2℃、濕度：±5%RH（25℃）；分辨率：溫度：0.1℃、濕度：1%RH；衰減值：溫度：<0.1℃/年、濕度：<1%RH/年；輸出信號：單總線數(shù)字信號；重量：1g。7.2.2DHT11數(shù)字溫濕度傳感器簡介2.DHT11的封裝

DHT11電路很簡單，只需要將DATA引腳連接單片機的一個I/O即可，不過該引腳需要上拉一個5K的電阻，DHT11的供電電壓為3~5.5V。3.DHT11的數(shù)據(jù)協(xié)議DHT11雖然也是采用單總線協(xié)議，但是該協(xié)議與DS18B20的單總線協(xié)議稍微有些不同之處。DHT11采用單總線協(xié)議與單片機通信，單片機發(fā)送一次復位信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機復位結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應信號，并拉高總線準備傳輸數(shù)據(jù)，一次完整的數(shù)據(jù)為40bit，按照高位在前，低位在后的順序傳輸。DHT11的數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和，一共5字節(jié)（40bit）數(shù)據(jù)。由于DHT11的分辨率只能精確到個位，所以小數(shù)部分數(shù)據(jù)全為0。校驗和為前4個字節(jié)數(shù)據(jù)相加，校驗的目的是為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

上圖為DHT11傳感器的1幀數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)(濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù))之間應該分開處理，5Byte數(shù)據(jù)分別為：

濕度整數(shù)部分：00101101=2DH=45%RH；

濕度小數(shù)部分：00000000=00H=0.0%RH；

溫度整數(shù)部分：00011100=1CH=28oC；

溫度小數(shù)部分：00000000=00H=0.0oC；

校驗和部分：（byte4+byte3+byte2+byte1=01001001=byte5）

校驗正確。DHT11只有在接收到開始信號后才觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送復位信號，DHT11不主動進行溫濕度采集。當數(shù)據(jù)采集完畢且無開始信號后，DHT11自動切換到低速模式。注意：由于

DHT11時序要求非常嚴格，所以在操作時序的時候，為了防止中斷干擾總線時序，先關閉總中斷，操作完畢后再打開總中斷。4.DHT11的操作時序DHT11的操作時序如圖7-7所示，兩部分的信號規(guī)定如下：深色細線是主機信號，淺色粗線是DHT11信號。1）主機發(fā)送復位信號DHT11的初始化過程同樣分為復位信號和響應信號。由于總線接有上拉電阻，所以總線空閑狀態(tài)為高電平，首先主機拉低總線至少18ms，然后再拉高總線，延時20~40us，可取中間值30us，此時復位信號發(fā)送完畢。2）DHT11發(fā)送響應信號DHT11檢測到復位信號后，觸發(fā)一次采樣，并拉低總線80us表示響應信號，告訴主機數(shù)據(jù)已經(jīng)準好了；然后DHT11拉高總線80us，之后開始傳輸數(shù)據(jù)。如果檢測到響應信號為高電平，則DHT11初始化失敗，請檢查線路是否連接正常。

當復位信號發(fā)送完畢后，如果檢測到總線被拉低，就每隔1us計數(shù)一次，直至總線拉高，計算低電平時間；當總線被拉高后重新計數(shù)檢測80us的高電平。如果檢測到響應信號之后的80us高電平，就準備開始接收數(shù)據(jù)。實際上DHT11的響應時間并不是標準的80us，往往存在誤差，當響應時間處于20~100us之間時就可以認定響應成功。

3）數(shù)據(jù)傳輸DHT11在拉高總線80us后開始傳輸數(shù)據(jù)。每1bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，告訴主機開始傳輸一位數(shù)據(jù)了。DHT11以高電平的長短定義數(shù)據(jù)位是0還是1，當50us低電平時隙過后拉高總線，高電平持續(xù)26~28us表示數(shù)據(jù)“0”；持續(xù)70us表示數(shù)據(jù)“1”。

當最后1bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，表示數(shù)據(jù)傳輸完畢，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。4）區(qū)分數(shù)據(jù)0/1的方法DHT11以高電平的長短定義數(shù)據(jù)位是0還是1，如果還是像檢測響應時間那樣計算高電平持續(xù)時間那就太麻煩了。

數(shù)據(jù)“0”的高電平持續(xù)26~28us，數(shù)據(jù)“1”的高電平持續(xù)70us，每一位數(shù)據(jù)前都有50us的起始時隙。如果我們?nèi)∫粋€中間值40us來區(qū)分數(shù)據(jù)“0”和數(shù)據(jù)“1”的時隙。

當數(shù)據(jù)位之前的50us低電平時隙過后，總線肯定會拉高，此時延時40us后檢測總線狀態(tài)，如果為高，說明此時處于70us的時隙，則數(shù)據(jù)為“1”；如果為低，說明此時處于下一位數(shù)據(jù)50us的開始時隙，那么上一位數(shù)據(jù)肯定是“0”。

為什么延時40us？由于誤差的原因，數(shù)據(jù)“0”時隙并不是準確26~28us，可能比這短，也可能比這長。當數(shù)據(jù)“0”時隙大于26~28us時，如果延時太短，無法判斷當前處于數(shù)據(jù)“0”的時隙還是數(shù)據(jù)“1”的時隙；如果延時太長，則會錯過下一位數(shù)據(jù)前的開始時隙，導致檢測不到后面的數(shù)據(jù)。7.2.3硬件接口電路設計

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實訓原理圖如圖7-8所示。數(shù)據(jù)線DATA接STM32F407ZGT6的PE13引腳，數(shù)據(jù)線接4.7K上拉電阻。7.2.4

程序設計

本次實訓的任務是采用DHT11數(shù)字濕度溫度傳感器對當前室內(nèi)濕度溫度進行檢測，DHT11數(shù)字傳感器是1-wire器件，利用STM32F407ZGT6的一個IO口就可實現(xiàn)對DHT11的控制，該任務功能主要由main.c程序文件來實現(xiàn)，完成當前空氣濕度、溫度的采集，并通過LCD液晶屏顯示。

實訓程序設計的要點如下：

（1）配置RCC寄存器組，開啟GPIOE時鐘；

（2）配置GPIOE.13為推挽、輸出模式，無上拉/下拉電阻；

（3）DHT11的復位、讀寫控制、溫濕度讀取、LCD顯示等。7.2.5

程序運行結(jié)果掃描課本中的二維碼可以獲得整個工程文件，編譯并運行程序，實訓結(jié)果如下圖所示，可以看到液晶顯示屏顯示當前空氣得濕度及溫度值。空氣質(zhì)量PM2.5檢測實訓7.37.3空氣質(zhì)量PM2.5檢測實訓

利用夏普光學灰塵傳感器GP2Y1010AU0F元件模塊，探索和熟悉PM2.5傳感器的性能特征，了解灰塵傳感器基本原理和使用方法，學會功能模塊和控制STM32F407ZGT6芯片接口技術，掌握使用keil軟件進行程序設計以及下載和仿真的方法，在液晶屏顯示當時空氣的PM2.5數(shù)值。7.3.1實訓目的及要求1.工作原理

夏普公司生產(chǎn)的高靈敏度的灰塵傳感器GP2Y1010AU，它可以用來測量空氣中0.8微米以上的微小粒子，在許多花粉濃度及粉塵濃度檢測等應用中都采用的是這一款傳感器。此款產(chǎn)品既可以檢測出微小粒子的濃度，還在內(nèi)部設置了氣流發(fā)生器，用來有效吸入外部空氣。7.3.2GP2Y1010AU傳感器簡介

2.GP2Y1010AU傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

GP2Y1010AU0F中有一個紅外發(fā)光二極管和一個光電晶體管，呈對角分布，傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流動，LED定向發(fā)射紅外線，由光電晶體管PD檢測空氣中灰塵散射的光線強度，以此來判斷灰塵的密度，然后輸出與灰塵密度成正比的模擬電壓VO。

夏普光學灰塵傳感器GP2Y1010AU0F采用光散射法工作原理，其主要技術參數(shù)：靈敏度：0.5V/(100μg/m3)；有效量程：500μg/m3；工作電壓：4.5V~5.5V；工作電流：20mA(max)；工作溫度：-10℃~65℃；儲存溫度：-20℃~80℃；使用壽命：5年；產(chǎn)品尺寸：63.2mm×41.3mm×21.1mm；固定孔尺寸：2.0mm；通氣孔尺寸：9.0mm。3.GP2Y1010AU傳感器的技術參數(shù)

4.GP2Y1010AU0F傳感器工作特性曲線

右圖為傳感器GP2Y1010AU0F的工作特性曲線，GP2Y1010AU0F傳感器處在不同粉塵濃度的空氣中時，光電晶體管檢測的反射光線越強，粉塵濃度越大，傳感器輸出的電壓也隨之增大，反之減小。

從GP2Y1010AU0F傳感器工作特性曲線可以看到，空氣潔凈度很高的時候，Vo的范圍是0~1.5V，典型值是0.9V，當空氣灰塵很多的時候，Vo輸出電壓不小于3.4V，因此傳感器的輸出電壓Vo的范圍是0.9V~3.4V，即輸出0.9V表示空氣很潔凈，輸出3.4V表示空氣灰塵很多。根據(jù)GP2Y1010AU0F的技術手冊灰塵濃度的單位，典型值是0.5mg/m3，因此灰塵濃度的范圍是0~0.5mg/m3，換算為PM2.5范圍就是0~500μg/m3。7.3.3

實訓硬件接口電路設計

GP2Y1