帶溫濕度、PM2.5等的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀

空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，主要功能測(cè)量溫濕度、PM2.5

現(xiàn)在這種儀器在淘寶上銷(xiāo)售的很多，在此開(kāi)源一款小尺寸PCB的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，主要測(cè)量溫濕度和PM2.5值。后續(xù)可能會(huì)增加甲醛的測(cè)量，當(dāng)然二氧化碳和燃?xì)庖部梢宰龀鰜?lái)，不過(guò)二氧化碳傳感器價(jià)格太高，甲醛傳感器準(zhǔn)備采用TVOC傳感器。下面分別說(shuō)明一下各種傳感器選型情況：

系統(tǒng)采用STM8S003F3作為主控，IAR作為編譯器。

一、溫濕度傳感器選型問(wèn)題
溫濕度的測(cè)量是最常見(jiàn)的測(cè)量，傳感器價(jià)格從低到高，性能也相差很多。相對(duì)濕度的計(jì)算是要通過(guò)溫度來(lái)完成的。想當(dāng)年做高精度鏡面露點(diǎn)儀的時(shí)候，測(cè)量的濕度是用露點(diǎn)法，（通過(guò)逐漸降低空氣的溫度，使空氣中的水分凝結(jié)成露水，當(dāng)溫度值恰恰在凝結(jié)露水的那一點(diǎn)的時(shí)候，稱(chēng)作露點(diǎn)。）其測(cè)量精度可以達(dá)到0.1攝氏度。測(cè)量時(shí)間大概需要20分鐘甚至更長(zhǎng)。絕對(duì)濕度（露點(diǎn)）換算成相對(duì)濕度值必須以溫度作為輔助計(jì)算，這也就是為什么溫濕度傳感器總是一體的原因了。

當(dāng)然了，精密儀器的價(jià)格和應(yīng)用場(chǎng)合畢竟和消費(fèi)品不同。目前市面上常見(jiàn)的溫濕度傳感器有廣州奧松的DHT11、DHT22等DHT系列產(chǎn)品，和瑞士Sensirion的SHT10等SHT系列。瑞士幾家做溫濕度傳感器的大公司還是很牛的，一致性、重復(fù)性做的都很好，當(dāng)然和鏡面露點(diǎn)儀是沒(méi)辦法比的。但是工業(yè)上用SHT系列的還是最常見(jiàn)的。而民用則DHT系列最為常見(jiàn)，尤其是DHT11，以其廉價(jià)被消費(fèi)品所接受，但是其測(cè)量精度確實(shí)一般，手頭幾個(gè)樣品的測(cè)量結(jié)果大概在溫度偏差大概是±2度，也就是4度，濕度偏差最大能到10%，也就是±5%，和手冊(cè)上所說(shuō)的基本上一致?？磥?lái)奧松的手冊(cè)還是很實(shí)在的。

開(kāi)源產(chǎn)品我們選最廉價(jià)的，畢竟溫濕度只是參考值，最終還是以大家自我的舒適感為準(zhǔn)，而不是以?xún)x器的顯示數(shù)值為準(zhǔn)。如果對(duì)數(shù)值要求比較高的話可以更換其他類(lèi)型的傳感器，反正接口預(yù)留是I2C的。

二、測(cè)量PM2.5的傳感器選型問(wèn)題
夏普粉塵傳感器是最常用的，一般空氣凈化器上面用的也都是夏普傳感器。夏普二代更是數(shù)字型，省去了自己做AD采集的麻煩。但是問(wèn)題也很明顯，就是夏普的采用的紅外測(cè)量方法對(duì)傳感器內(nèi)壁的清潔程度要求較高，一旦使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（北方大概三五天），內(nèi)部積灰就會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致偏差較為嚴(yán)重。凡是采用這款傳感器的空氣凈化器恐怕其對(duì)空氣質(zhì)量的靈敏度也會(huì)隨著傳感器本身的偏差而越來(lái)越差。

更重要的是我們測(cè)量PM2.5，用夏普的傳感器，需要對(duì)電壓進(jìn)行標(biāo)定，并轉(zhuǎn)換成PM2.5值。這里要說(shuō)一下PM2.5的定義，是直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。而大顆粒物并不算在其中，所以其實(shí)夏普傳感器準(zhǔn)確的說(shuō)是粉塵傳感器，不管是不是2.5，統(tǒng)統(tǒng)測(cè)量并統(tǒng)一輸出，也就是說(shuō)夏普傳感器測(cè)量的是一個(gè)綜合值。

這道不是個(gè)人所關(guān)心的，因?yàn)槔习傩照嬲P(guān)心的大概也就是這個(gè)綜合值，而非僅僅是PM2.5，而且綜合值和PM2.5也基本是成正比的（微小顆粒物會(huì)在空氣中聚合成大一些的例子，而大一些的顆粒物也會(huì)分解成小一些的顆粒物，這些會(huì)根據(jù)空氣中懸浮顆粒物的多少自己去調(diào)整）。所以我們基本認(rèn)為夏普傳感器是準(zhǔn)確的。

目前市面上的激光式檢測(cè)儀也越來(lái)越多，最早是美國(guó)數(shù)萬(wàn)元人民幣的TSI設(shè)備，被中國(guó)人盯上以后，有了幾百塊錢(qián)的漢王霾表，而后北京攀藤、濟(jì)南諾方的激光式傳感器也都出來(lái)了，而且定價(jià)越來(lái)越親民，淘寶價(jià)格已經(jīng)在150-200之間了。激光式傳感器解決了夏普傳感器長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量偏差變大的問(wèn)題。而且能準(zhǔn)確測(cè)量出PM1、PM2.5、PM10等等，并且可以數(shù)出通過(guò)傳感器的懸浮顆粒物的個(gè)數(shù)，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法換算成ug/m3，測(cè)量精準(zhǔn)。其問(wèn)題是風(fēng)扇和激光頭，因?yàn)槠鋲勖袃?nèi)人士大概都是清楚的，如果選用激光式傳感器，則需要考慮如何應(yīng)用才能延長(zhǎng)其壽命，算下來(lái)，兩三年倒也是可以的。

那么我這次選擇的激光式傳感器是六度的HLPM025，主要原因是這款傳感器是朋友的杰作，我能拿到最低的價(jià)格。而且根據(jù)手頭幾個(gè)樣品的測(cè)試結(jié)果，感覺(jué)比攀藤的更好。主要原因是攀藤的金屬外殼會(huì)導(dǎo)致其測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定。經(jīng)檢查，攀藤傳感器的金屬外殼是直接接到其系統(tǒng)內(nèi)部的參考地上，在淘寶上固然能夠宣稱(chēng)“漂亮的金屬外殼”作為其噱頭，但是實(shí)際測(cè)量結(jié)果是，手一旦碰到其外殼上，就會(huì)引起測(cè)量數(shù)值的波動(dòng)，當(dāng)然長(zhǎng)時(shí)間觸摸就沒(méi)有問(wèn)題了。而且拆掉其金屬外殼后，測(cè)量值飄忽不定。而六度的傳感器HLPM025則不會(huì)產(chǎn)品這種情況，因?yàn)樗麄兏緵](méi)必要使用金屬屏蔽外殼。
另一個(gè)讓我選擇六度傳感器的原因是，攀藤傳感器做了數(shù)值穩(wěn)定的功能，當(dāng)PM2.5數(shù)值在某個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)的時(shí)候，他不會(huì)顯示出實(shí)時(shí)值，而是以固定數(shù)值的形式存在，好看固然好看，而我更喜歡有點(diǎn)波動(dòng)的感覺(jué)，因?yàn)檫@樣才是更符合空氣流動(dòng)性的情況，就像是漢王霾表，他的測(cè)量數(shù)值一直是在跳動(dòng)的。而六度的傳感器則和漢王霾表輸出的情況類(lèi)似，如果需要做成相對(duì)穩(wěn)定輸出的話，我可以直接在程序里面做個(gè)限幅濾波就OK了。

其實(shí)選擇六度傳感器最重要的原因是一致性，諾方傳感器由于體積較大價(jià)格較高，所以沒(méi)有進(jìn)行對(duì)比，只對(duì)比了攀藤和六度，兩款傳感器的一致性相差并不十分明顯，我們要求高一點(diǎn)大概10%或者10ug/m3以?xún)?nèi)都是符合氣體測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的。畢竟氣體測(cè)量不同于溫濕度，其環(huán)境影響和空氣流動(dòng)的影響太大，一般氣體測(cè)量值（如甲醛）誤差在20%的范圍以為我們都認(rèn)為是正確的。

三、甲醛傳感器選型問(wèn)題

此次開(kāi)源的第一版當(dāng)中不準(zhǔn)備加入甲醛傳感器，主要原因是甲醛傳感器需要做模擬電路部分，雖然不困難，但是如果要測(cè)量準(zhǔn)確就需要進(jìn)行標(biāo)定，這是很麻煩的一個(gè)步驟，但是如上所說(shuō)，甲醛測(cè)量誤差在20%以?xún)?nèi)都算正確的話，那么我是不是可以不進(jìn)行標(biāo)定呢？一款民用產(chǎn)品，提供一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的參考值的話，確實(shí)可以不標(biāo)定。

另一個(gè)問(wèn)題是傳感器選型問(wèn)題，主要是較為廉價(jià)的TVOC傳感器和價(jià)格較高的英國(guó)Dart甲醛傳感器的選擇。其實(shí)對(duì)比兩種傳感器的datasheet我們就能夠知道，TVOC對(duì)幾乎所有有機(jī)氣體都敏感，所以稱(chēng)作TVOC，即便無(wú)害的乙醇?xì)怏w，其同樣敏感。而Dart的甲醛傳感器也同樣如此，只不過(guò)這種傳感器對(duì)含有醛基的氣體靈敏度更高，而對(duì)其他有機(jī)氣體靈敏度較低而已，但同樣會(huì)有反應(yīng)。

這樣的話如果我用酒精（乙醇）來(lái)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)傳感器的話，TVOC會(huì)更靈敏一些，用甲醛來(lái)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)傳感器的話，靈敏度基本一致。而家庭中如果有人喝酒那么TVOC傳感器反應(yīng)就會(huì)更大一些。個(gè)人倒是更傾向這個(gè)功能。

當(dāng)初在電力行業(yè)做SF6分解物測(cè)量?jī)x的時(shí)候，選用的都是英國(guó)阿爾法的傳感器，但是一種氣體傳感器對(duì)其他氣體同樣靈敏的情況是很正常的，所以當(dāng)時(shí)對(duì)所測(cè)量的幾種氣體和傳感器影響分別列表校準(zhǔn)，并作為影響參數(shù)加入到最后的計(jì)算當(dāng)中去，算法相當(dāng)復(fù)雜，價(jià)格當(dāng)然也非常昂貴了。在普通精度的民用產(chǎn)品當(dāng)中也沒(méi)有應(yīng)用的必要，如果哪款產(chǎn)品聲稱(chēng)加入了這些算法，我倒是會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，因?yàn)橹挥靡粋€(gè)傳感器，怎么可能測(cè)量到各種影響因子，我們當(dāng)時(shí)是幾個(gè)不同的傳感器測(cè)量幾種不同的氣體，哈哈。