faya灰塵感應模組 - faya-nugget 電子積塊資源天地: 模組介紹

了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能: 目標: (1)每0.5秒在Arduino Serial Monitor秀出目前的粉塵濃度 接線: (1) 電源線連接 網頁 首頁 功能介紹 模組介紹 創意組合 Scratch專題 常見問題 2018年10月23日星期二 模組介紹:faya灰塵感應模組 學習目標:認識faya灰塵感應模組的功能及使用方式 學習時間: 40min 示範模組:(1)fayabrickNano                  (2)灰塵感應模組 工具:(1)樂高積木底板(相容) ====================功能介紹==================== faya灰塵感應模組採用了夏普公司(Sharp)的第三代灰塵感應器(GP2Y1051)，第一代的感應器以類比電壓的形式輸出，使用者須自行套用公式計算粉塵濃度，第二代改進成以串列訊號輸出，但必須扣除無塵電壓，最新的一代更改了內部演算法，只需將輸出粉塵參數套入公式後，就可推算環境粉塵濃度。

感測器如上圖所示，利用一訊號線TXD即可進行資料的接收，感測器的串列傳輸協定以2400鮑率進行傳輸。

當感測器接上5V電源後，會在TXD埠持續輸出粉塵參數，每10ms發送一個字節，總共七個字節，數據發送格式為:  其中校驗位=Vout(H)+Vout(L)+Vref(H)+Vref(L)  有了以上粉塵參數，我們可以依照Datasheet的說明，套入公式算的粉塵濃度 其中Vout為透過粉塵參數所計算出的輸出信號 A為比例係數，用來調整輸出電壓與濃度間的關係，官方Datasheet中提供不同條件測試下的資料如下圖，由圖中可看出比例係數A=Ud/Vout分別為500和280，大家可以參考此數據設定比例係數A 如果我們將A取平均=(500+280)/2=390 Vout利用上述表格套入公式=(2x256+157)*5/1024=3.26V 粉塵濃度=3.26*390=390ug/m3...屬於嚴重汙染等級的懸浮微粒 對於粉塵的詳細說明，大家可參考Wiki的連結解釋 對於感測器的Datasheet，大家從這邊下載 ====================原理知識==================== 以下解釋提供給有需要知道背後原理的人: faya灰塵應模組的電路圖如下，基本上只用到VCC/GND/TXD三隻腳位，並拉出到PCB板子上，注意到由於感測器屬於主動傳輸資料，並無接收資料或指令的功能，因此只使用到TXD埠，將此埠連接到MCU的RXD埠即可接收資料(2400bps) 感測器內部的感測元件如下所式，粉塵會從感測器的圓洞進入，當粉塵經過檢出領域時，粉塵接收到光後所產生的散射，會被光感測器照接收，其能量以電壓的形式輸出。

新一代的感測器內部還有一顆MCU和10bit的類比/數位轉換器，將接收的訊號轉成數位格式讓用戶讀取。

===================範例實作(1)=================== 了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能: 目標: (1)每0.5秒在ArduinoSerialMonitor秀出目前的粉塵濃度 接線: (1)電源線連接     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章或簡易版 (2)訊號線連接    Arduino_D10 ===> 灰塵感應器_TXD 範例程式: 本次的範例程式，我們直接拿網路上署名Weesky維天監製的作者所提供的範例，稍作修改後並詳細解釋 備註: -L39~49:依序讀取感測數據所傳輸的七個字節，並儲存在incomeByte陣列中，其中起始字節為0xaa，十進制為170 -L50~53:完成七個字節的儲存後，將字節1~4加總，並比對是否和第五字節的校驗位相同，同時再次確認最後的字節是否為結束位的0xff -L54~72:印出七個字節的數值(10進位)，依照datasheet裡的公式，計算粉塵電壓與濃度，並列印出如下格式 -L73~79:清除七個字節的資料，繼續記錄下一筆的資料 範例結果: 討論: -影片中可以發現平常的粉塵數值大約10ug/m3左右，屬於優良的空氣品質，當香的煙霧靠近時，瞬間提升到汙染等級的空氣品質，當香的煙霧離開感測器時，粉塵數值又慢慢降回一班水準。

-感測器內建的類比數位轉換器為10-bit，相對的解析度大約1.9ug/m3左右 -比例係數A，有的人用500，有的人用700，我們則取datasheet內的平均直 -Vout公式=(2x256+157)*5/1024=3.26V，中間*5的部分，網路上很多只有乘上2.5，雖然不知道原因，但推測可能是上一版的Datasheet的建議直，在我們的程式中，還是按照建議值乘上五。

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