STM32 之GP2Y1014AU0F的应用--基于RTOS的环境

系列文章目录

1 项目需求分析

需要检测空气的颗粒的浓度。

1.1 颗粒浓度定义

PM10

定义：空气动力学直径 小于或等于10微米 的颗粒物。

俗称：可吸入颗粒物。

特点：颗粒较大，通常可以进入人体的鼻腔和咽喉，但大部分会被阻留在呼吸道外部。

PM2.5

定义：空气动力学直径 小于或等于2.5微米 的颗粒物。

俗称：细颗粒物。

特点：颗粒更小，可以穿透人体的自然防御屏障（如鼻毛、呼吸道黏液），直接进入支气管和肺泡，甚至能穿透肺泡进入血液循环系统，因此对人体健康危害更大。

PM1.0

定义：空气动力学直径 小于或等于1.0微米 的颗粒物。

俗称：超细颗粒物。

特点：是PM2.5的一部分，颗粒极小，几乎可以毫无阻碍地深入肺部最深处，并更容易进入血液循环，到达身体其他器官（如心脏、大脑），被认为是危害最大的颗粒物。

可以把这些颗粒物想象成不同大小的“球”：

PM10 像 乒乓球：你的鼻毛和呼吸道黏液（相当于一张网）可以很容易地拦住它们。

PM2.5 像 玻璃弹珠：它们可以穿过网眼，进入你的肺部深处，造成直接伤害。

PM1.0 像 细微的尘埃：它们不仅能进入肺部，甚至能穿过肺壁，“溶解”到你的血液里，随着血液流遍全身，造成更广泛、更潜在的危害。

1.2 浓度等级

🟢 0-50 | 优 (一级) : 空气质量令人满意，基本无空气污染。各类人群可正常活动。

🟡 51-100 | 良 (二级) : 空气质量可接受。极少数异常敏感人群应减少户外活动。

🟠 101-150 | 轻度污染 (三级) : 易感人群症状有轻度加剧。儿童、老人及心肺疾病患者应减少长时间、高强度的户外锻炼。

🔴 151-200 | 中度污染 (四级) : 进一步加剧易感人群症状。上述人群应避免长时间户外锻炼，一般人群应减少户外运动。

🟣 201-300 | 重度污染 (五级) : 心脏病和肺病患者症状显著加剧。儿童、老年人和病人应留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动。

🟤 >300 | 严重污染 (六级) : 健康人群运动耐受力降低。所有人群应停留在室内，关闭门窗，并开启空气净化器。

AQI与PM2.5浓度的区别：

PM2.5浓度：是一个具体污染物的质量浓度，单位是 微克/立方米（μg/m³）。它是一个客观测量值。

AQI：是一个综合性的指数，它可能由PM2.5、也可能由臭氧（O₃）等其他污染物决定。它是一个经过换算的、用于评价的指数。

例如：AQI为150时，对应的PM2.5浓度大约是115μg/m³。但如果首要污染物是臭氧，即使PM2.5浓度很低，AQI也可能很高。

1.3 解决办法

1. 芯片介绍
   

GP2Y1010AU0F 是一款由夏普（Sharp）推出的光学灰尘传感器，它主要用于检测空气中悬浮的颗粒物。

GP2Y1010AU0F 主要设计用于检测像香烟烟雾这样的细颗粒物，其检测响应曲线对直径约为 0.8µm 的颗粒最为敏感。 因此，它最适合检测 PM2.5 和更小的颗粒（如 PM1.0），对于较大的颗粒（如 PM10）灵敏度会下降。

2. 可以检测的颗粒物类型

由于其工作原理和光学结构的设计，它对不同大小的颗粒物灵敏度不同：

最擅长检测：细颗粒物（PM2.5及以下）

香烟烟雾：这是其典型应用场景， datasheet（数据手册）中常用此作为测试标准。

燃烧产生的烟雾：如蚊香、焚香、厨房油烟、车辆尾气等。

灰尘：家居灰尘、粉尘等，但其灵敏度取决于灰尘的颗粒大小，对非常细的灰尘效果更好。

不擅长检测：大颗粒物（PM10及以上）

像花粉、肉眼可见的灰尘、过敏原等较大颗粒物，由于其散射光 pattern 不同，传感器的响应较弱，输出信号变化不明显。

3. 输出信号与局限性

输出：传感器输出一个 模拟电压信号（通常范围在 0.5V ~ 3.5V）。电压越高，表示颗粒物浓度越高。

需要校准：它不能直接输出PM2.5的浓度值（如 µg/m³）。输出的电压值与颗粒物质量浓度之间的关系是非线性的，且受颗粒物成分、湿度、温度等多种因素影响。

使用方法：要得到有意义的PM2.5数值，必须：

在特定环境中（例如，使用专业的校准设备）进行标定。

建立一个公式或查找表，将输出电压转换为质量浓度。网络上有很多Arduino等开源项目提供了他们的经验和换算公式，可以作为参考起点。

4. 主要应用场景

低成本的家用空气净化器（检测运行状态）。

便携式空气质量检测仪（DIY项目或初级商用）。

烟雾报警器（用于检测香烟烟雾）。

空调系统的空气质量反馈控制。

2 电路设计

2.1 直接连接方法

如果采用直接控制，输出脉冲来检测。可以参考这篇文章。

作者写的思路挺好的。

2.2 信号转换板

这里采用拓展版方式连接，拓展版的原理图：他们没有公布原理图。不过就是估计产生一个检测脉冲。

工作电压：DC5.0V
输出信号：模拟电压0-3.6V
检测范围：主要包括碳化物、硫化物，还包括铅、锌、砷等影响人民身体健康的重金属元素，还包括了自然界的自身产生的污染，如火山爆发迸发出的火山灰，森林大火以沙尘暴产生的细颗粒物随空气进入到大气循环中，转化成PM2.5，当室内的烟灰或室内灰尘等空气中的粉尘处于检测范围内时，由于这些粉尘而散射的光射入光接收元件作为电压输出。
运用场合：常用于单片机的PM2.5空气检测系统，空气颗粒污染物检测报警，空气质量检测等设计。
外形尺寸：46x29x18mm
发货清单：PM2.5传感器模块1+信号转换1

接线：
VCC:接DC5.0V电源正极（给传感器供电）
GND:接电源负极
PUL:接单片机IO引脚（视频测试程序接P2.0）
AO:模拟电压输出（视频测试程序接AIN1）

3 程序编写