空气污染探测器

该设备旨在为用户提供一种确定空气质量的经济高效的方法。我们的传感器专注于环境保护署空气质量指数的五个组成部分：臭氧、颗粒物、一氧化碳、二氧化硫和一氧化二氮。该设备可检测除二氧化硫之外的所有这些污染物。该设备还包括一个城市燃气传感器，以提醒用户燃气泄漏或存在可燃气体。此外，还包括一个温度和湿度传感器，因为这些条件会影响气体传感器的性能。

我们尚未完全校准我们的设备，但我们已从传感器数据表中提取数据以进行一些初步估计。所使用的传感器相对便宜，并且因组件而异，因此需要使用已知浓度的目标气体进行校准。我们还没有机会这样做。

第一步：材料

控制和电源

• Arduino Uno
• 5V 电源
• RGB 16×2 液晶屏

传感器

• Shinyei PPD42 颗粒物探测器
• MQ-2 气体传感器
• MQ-9 气体传感器
• MiCS-2714 气体传感器 (NO2)
• MiSC-2614 气体传感器（臭氧）
• Keyes DHT11 温湿度传感器

盒子和组装

• 使用 3D 打印机
• 焊板
• 5V 风扇
• 10 到 15 根 24 号线

第 2 步：总体电路图

上面的电路图是这个污染检测仪的全部工作。后面是焊接板的详细电路图。请注意，如果需要（出于任何原因），您可以更改传感器输入的大多数数字端口和模拟端口；这将只需要您编辑我们提供的代码来说明这些更改。

第 3 步：颗粒物传感器

我们使用两个 Shinyei PPD42 粉尘传感器来收集有关颗粒物的数据。

每个 Shinyei 探测器都有两个信号输出：一个用于小颗粒物（上图中左侧的黄线），另一个用于较大的颗粒物。这些输出信号连接到 Ardiuno 的数字输入端。探测器需要通过向探测器上的端口提供 +5V 和接地来供电。详情见整体电路图。

每个探测器都使用一个红外 LED 和一个光电探测器来测量空气中小颗粒的散射。内部电路将光电探测器输出转换为数字输出信号。一般传感器输出+5V信号，当检测到颗粒时发出低电压脉冲。输出信号低的时间比例或“低脉冲占有率”与空气中颗粒物的浓度成正比。

可以在 http://takingspace.org/wp-content/uploads/ShinyeiP…

上找到 Tracy Allen 对 Shinyei PPD42 的详细逆向工程分析

第 4 步：气体传感器电路板

以上是承载气体传感器和温度/湿度传感器的电路板的电路图。有关安装每个单独设备的详细信息，请参见以下步骤。请注意，您的电路板在物理上可能与我们的不同。事实上，我们建议您为表面贴装器件印刷电路板，而不是使用焊锡板。只要您遵循电路图，它就应该能正常工作。

第 5 步：臭氧和二氧化氮传感器

我们使用表面贴装传感器MiCS-2614和MiCS-2714分别检测臭氧和二氧化氮。

这两种设计都使用内部电阻器作为感应元件。感应电阻连接在引脚(G)之间 和 (K ) 在上图中。使用欧姆表检查您是否找到了正确的引脚。电阻应在10-20 kΩ左右。

这两种设备在引脚之间还有一个加热元件 (A) 和(H)。 该加热元件将传感元件保持在适当的温度。加热元件的电阻为50-60Ω。

理想情况下，这些设备应表面安装到电路板上。然而，在没有电路板打印机的情况下，仍然可以使用极低温度的焊料小心地焊接到这些设备的背面。

如焊板电路图所示，我们将82Ω电阻和131Ω电阻分别与MiCS-2614和MiCS-2714单元的加热元件串联。这可确保加热元件获得适当的功率水平。如果您无法使用 131Ω 电阻器（它不是标准值），请使用 120Ω 电阻器和 12Ω 电阻器串联。

我们将两个器件中的传感电阻与 22kΩ 电阻串联以创建分压器。根据分压器输出端的电压，我们可以计算出感测电阻。

Rsenor =22kΩ * (5V / Vout – 1)

空气污染检测

第 6 步：MQ 有毒气体传感器

我们使用 MQ-2 和 MQ-9 气体传感器来测量有毒气体，包括丙烷、丁烷、LPG 和一氧化碳。

MQ-2 和 MQ-9 与 MiCS 探测器非常相似。它们使用气敏电阻 (SnO2) 来检测有毒气体的浓度，并具有内部加热元件以将传感器保持在合适的温度。我们用于这些装置的电路实际上与用于 MiCS 传感器的电路相同，只是我们使用晶体管而不是电阻器来调节 MQ-9 中的加热器功率。

有关安装详细信息，请参阅焊锡板电路图。对于 MQ-2 传感器，将标有 A 的引脚连接到 5V 电源，将标有 G 的引脚接地，并将标有 S 的引脚与地连接，并与 47 kΩ 电阻串联。对于 MQ-9 气体传感器，将标有 A 的引脚连接到晶体管，标有 B 的引脚连接到 5 V 电源，标有 G 的引脚接地，标有 S 的引脚与 10 kΩ 电阻串联。

第 7 步：温度和湿度传感器

提供此传感器是因为温度和湿度在我们的传感器检测到的气体浓度中起作用。高湿度和温度以及两者的剧烈变化都会对读数的准确性产生不利影响。因此，能够监控这些变量是有帮助的。温度和湿度都可以从这个单一的传感器读取。如上图所示，左侧引脚用于连接电源，中间引脚是输出信号，右侧引脚接地。该组件的输出信号进入 Arduino 上的数字端口。我们的代码设置为期望数字端口 2 中的温度信号。如果您需要，可以将其更改为另一个数字端口；只需根据您选择的端口更改代码即可。参考焊板图使用该元件。

第 8 步：电源和风扇

如果您查看整个项目的电路图，您会发现我们只需要一个 5 V 的输入电压。可以使用如上所示的通用适配器为项目供电。此外，您将需要一个风扇来确保气流通过盒子并防止过热。我们使用了上面的风扇，但任何使用 5 V 且尺寸合适的风扇都可以使用。

第 9 步：容器

虽然有很多方法可以制作一个有效的盒子，但我们选择为我们的盒子使用 UP 3D 打印机。我们附上了用于最终打印的 STL。

第 10 步：编码

从设备中提取原始数据的代码附在上面。此代码将通过串行监视器将传感器电阻值、Shinyei PPD42 低脉冲占用百分比以及温度和湿度读数打印到计算机。它也会在 LCD 屏幕上循环显示原始数据。

为了使代码工作，您首先需要下载 LCD 屏蔽和温度和湿度传感器的库。您可以在以下网站找到图书馆

LCD屏蔽代码：https://learn.adafruit.com/rgb-lcd-shield/using-th...

温湿度传感器代码：https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

第 11 步：解释数据

我们正在确定如何将原始传感器值转换为有意义的输出。最终需要针对已知污染源进行校准以确保准确性。同时，我们使用传感器数据表和先前的研究来进行近似。

为了估计颗粒物浓度，我们使用了 David Holstius 的一篇研究论文中的信息。该论文将 Shinyei PPD42 灰尘传感器输出与 EPA 测量值相关联。附录中的图表显示了数据的最佳拟合线。我们使用图表将 PM2.5 浓度近似为每立方米微克：

PM2.5 =5 + 5 *（小PM低脉冲占有率）

为了估计 MiCS 气体传感器的气体浓度，我们使用数据表（NO2 和 O3）中的图表来提取传感器电阻与气体浓度相关的函数。

对于 MQ 传感器，我们使用设备数据表上的图表对数据进行定性评估。当电阻值下降到空气中电阻的一半以下时，设备很可能正在检测目标气体。当电阻下降 10 倍时，目标气体的含量可能在 1000 ppm 左右，接近法定安全限值。

一旦我们获得目标气体的近似浓度，我们就会按照美国政府标准来解释数据。我们主要使用 EPA 技术援助文件来报告每日空气质量和 CDC 关于丙烷危害的信息表。

不幸的是，我们解释原始数据的代码还没有完全发挥作用。我们希望能够在以后上传它。

来源：空气污染检测仪