帶溫濕度、PM2.5等的空氣質(zhì)量檢測儀

空氣質(zhì)量檢測儀，主要功能測量溫濕度、PM2.5

現(xiàn)在這種儀器在淘寶上銷售的很多，在此開源一款小尺寸PCB的空氣質(zhì)量檢測儀，主要測量溫濕度和PM2.5值。后續(xù)可能會增加甲醛的測量，當(dāng)然二氧化碳和燃氣也可以做出來，不過二氧化碳傳感器價格太高，甲醛傳感器準備采用TVOC傳感器。下面分別說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題
溫濕度的測量是最常見的測量，傳感器價格從低到高，性能也相差很多。相對濕度的計算是要通過溫度來完成的。想當(dāng)年做高精度鏡面露點儀的時候，測量的濕度是用露點法，（通過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)露水的那一點的時候，稱作露點。）其測量精度可以達到0.1攝氏度。測量時間大概需要20分鐘甚至更長。絕對濕度（露點）換算成相對濕度值必須以溫度作為輔助計算，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，精密儀器的價格和應(yīng)用場合畢竟和消費品不同。目前市面上常見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)然和鏡面露點儀是沒辦法比的。但是工業(yè)上用SHT系列的還是最常見的。而民用則DHT系列最為常見，尤其是DHT11，以其廉價被消費品所接受，但是其測量精度確實一般，手頭幾個樣品的測量結(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%，和手冊上所說的基本上一致?？磥韸W松的手冊還是很實在的。

開源產(chǎn)品我們選最廉價的，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，而不是以儀器的顯示數(shù)值為準。如果對數(shù)值要求比較高的話可以更換其他類型的傳感器，反正接口預(yù)留是I2C的。

二、測量PM2.5的傳感器選型問題
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。但是問題也很明顯，就是夏普的采用的紅外測量方法對傳感器內(nèi)壁的清潔程度要求較高，一旦使用時間過長（北方大概三五天），內(nèi)部積灰就會影響測量結(jié)果，導(dǎo)致偏差較為嚴重。凡是采用這款傳感器的空氣凈化器恐怕其對空氣質(zhì)量的靈敏度也會隨著傳感器本身的偏差而越來越差。

更重要的是我們測量PM2.5，用夏普的傳感器，需要對電壓進行標(biāo)定，并轉(zhuǎn)換成PM2.5值。這里要說一下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，所以其實夏普傳感器準確的說是粉塵傳感器，不管是不是2.5，統(tǒng)統(tǒng)測量并統(tǒng)一輸出，也就是說夏普傳感器測量的是一個綜合值。

這道不是個人所關(guān)心的，因為老百姓真正關(guān)心的大概也就是這個綜合值，而非僅僅是PM2.5，而且綜合值和PM2.5也基本是成正比的（微小顆粒物會在空氣中聚合成大一些的例子，而大一些的顆粒物也會分解成小一些的顆粒物，這些會根據(jù)空氣中懸浮顆粒物的多少自己去調(diào)整）。所以我們基本認為夏普傳感器是準確的。

目前市面上的激光式檢測儀也越來越多，最早是美國數(shù)萬元人民幣的TSI設(shè)備，被中國人盯上以后，有了幾百塊錢的漢王霾表，而后北京攀藤、濟南諾方的激光式傳感器也都出來了，而且定價越來越親民，淘寶價格已經(jīng)在150-200之間了。激光式傳感器解決了夏普傳感器長時間測量偏差變大的問題。而且能準確測量出PM1、PM2.5、PM10等等，并且可以數(shù)出通過傳感器的懸浮顆粒物的個數(shù)，然后通過統(tǒng)計學(xué)的方法換算成ug/m3，測量精準。其問題是風(fēng)扇和激光頭，因為其壽命行內(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)用才能延長其壽命，算下來，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，我能拿到最低的價格。而且根據(jù)手頭幾個樣品的測試結(jié)果，感覺比攀藤的更好。主要原因是攀藤的金屬外殼會導(dǎo)致其測量結(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“漂亮的金屬外殼”作為其噱頭，但是實際測量結(jié)果是，手一旦碰到其外殼上，就會引起測量數(shù)值的波動，當(dāng)然長時間觸摸就沒有問題了。而且拆掉其金屬外殼后，測量值飄忽不定。而六度的傳感器HLPM025則不會產(chǎn)品這種情況，因為他們根本沒必要使用金屬屏蔽外殼。
另一個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)值在某個范圍內(nèi)波動的時候，他不會顯示出實時值，而是以固定數(shù)值的形式存在，好看固然好看，而我更喜歡有點波動的感覺，因為這樣才是更符合空氣流動性的情況，就像是漢王霾表，他的測量數(shù)值一直是在跳動的。而六度的傳感器則和漢王霾表輸出的情況類似，如果需要做成相對穩(wěn)定輸出的話，我可以直接在程序里面做個限幅濾波就OK了。

其實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格較高，所以沒有進行對比，只對比了攀藤和六度，兩款傳感器的一致性相差并不十分明顯，我們要求高一點大概10%或者10ug/m3以內(nèi)都是符合氣體測量標(biāo)準的。畢竟氣體測量不同于溫濕度，其環(huán)境影響和空氣流動的影響太大，一般氣體測量值（如甲醛）誤差在20%的范圍以為我們都認為是正確的。

三、甲醛傳感器選型問題

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

另一個問題是傳感器選型問題，主要是較為廉價的TVOC傳感器和價格較高的英國Dart甲醛傳感器的選擇。其實對比兩種傳感器的datasheet我們就能夠知道，TVOC對幾乎所有有機氣體都敏感，所以稱作TVOC，即便無害的乙醇氣體，其同樣敏感。而Dart的甲醛傳感器也同樣如此，只不過這種傳感器對含有醛基的氣體靈敏度更高，而對其他有機氣體靈敏度較低而已，但同樣會有反應(yīng)。

這樣的話如果我用酒精（乙醇）來實驗兩個傳感器的話，TVOC會更靈敏一些，用甲醛來實驗兩個傳感器的話，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)就會更大一些。個人倒是更傾向這個功能。

當(dāng)初在電力行業(yè)做SF6分解物測量儀的時候，選用的都是英國阿爾法的傳感器，但是一種氣體傳感器對其他氣體同樣靈敏的情況是很正常的，所以當(dāng)時對所測量的幾種氣體和傳感器影響分別列表校準，并作為影響參數(shù)加入到最后的計算當(dāng)中去，算法相當(dāng)復(fù)雜，價格當(dāng)然也非常昂貴了。在普通精度的民用產(chǎn)品當(dāng)中也沒有應(yīng)用的必要，如果哪款產(chǎn)品聲稱加入了這些算法，我倒是會產(chǎn)生疑問，因為只用一個傳感器，怎么可能測量到各種影響因子，我們當(dāng)時是幾個不同的傳感器測量幾種不同的氣體，哈哈。