DIY 空气质量监测仪：低成本 EPA 合规检测器

这款紧凑检测器为评估环境空气质量提供经济实惠的方案。它针对 EPA 空气质量指数规定的五大污染物——臭氧、颗粒物、一氧化碳、二氧化硫和氮氧化物——除二氧化硫因当前传感器套件未覆盖外，其余均可给出准确读数。

此外，城市燃气传感器可报警易燃气体泄漏，温湿度模块则修正影响传感器性能的环境因素。

尽管设备尚未完全校准，我们已从制造商数据手册提取初步数据估算污染物浓度。低成本传感器精度差异大，必须对照已知气体浓度校准以获可靠结果。

步骤 1：材料清单

控制与供电

• Arduino Uno
• 5V 电源
• RGB 16×2 LCD 扩展板

传感器

• Shinyei PPD42 颗粒物检测器
• MQ-2 气体传感器
• MQ-9 气体传感器
• MiCS-2714 气体传感器 (NO₂)
• MiCS-2614 气体传感器 (O₃)
• Keyes DHT11 温湿度传感器

外壳与组装

• 3D 打印机
• 焊接板
• 5V 风扇
• 10–15 根 24AWG 导线

步骤 2：整体电路图

上图展示污染检测器完整电路。多数连接灵活——若需重新分配数字/模拟引脚，只需修改代码。焊接板详细原理图稍后给出。

步骤 3：颗粒物传感器

我们使用两个 Shinyei PPD42 粉尘传感器分别捕获细颗粒 (<2.5µm) 和粗颗粒数据。每个传感器输出两路数字信号，接 5V 供电并连接 Arduino 数字输入。光电探测器输出转换为低脉冲占用率百分比，与颗粒物浓度直接相关。

Tracy Allen 的全面逆向工程分析见 此处。

步骤 4：气体传感器电路板

上图展示承载气体和温湿度传感器的电路板。物理布局可能不同，但引脚定义和电源关系不变。表贴器件建议用 PCB，亦可小心手工焊接在模块背面。

步骤 5：臭氧与 NO₂ 传感器

MiCS-2614 和 MiCS-2714 表贴传感器分别检测臭氧和二氧化氮。其敏感元件为 G-K 脚间约 10–20 kΩ 电阻。独立加热元件 (约 50–60 Ω) 接 A-H 脚维持最佳工作温度。

无 PCB 手工焊接时，须用低温焊锡并极度小心。原理图中，MiCS-2614 加热器串联 82 Ω 电阻，MiCS-2714 串联 131 Ω (或 120Ω+12Ω 串联)。敏感电阻与 22 kΩ 电阻分压：R_sen = 22 kΩ × (5V / V_out – 1)。

步骤 6：MQ 有毒气体传感器

MQ-2 和 MQ-9 检测丙烷、丁烷、LPG 和一氧化碳。同 MiCS 传感器，它们使用 SnO₂ 基气敏电阻和内部加热器。MQ-9 用晶体管调节加热功率，MQ-2 用固定电阻。

参考焊接板原理图精确接线：MQ-2 引脚 A 接 5V，G 接地，S 经 47 kΩ 接地；MQ-9 引脚 A 接晶体管，B 接 5V，G 接地，S 经 10 kΩ 接地。

步骤 7：温湿度传感器

DHT11 测量温度和湿度，显著影响气体传感器读数。安装时左脚接 5V，中脚接 Arduino 数字引脚（代码默认端口 2），右脚接地。若用其他引脚请修改代码。

步骤 8：供电与风扇

整套装置仅需单路 5V 供电，常见 USB 或墙适配器即可。5V 风扇保证箱体内气流，防止传感器过热。

步骤 9：外壳

我们用 UP 3D 打印机制造外壳，最终打印用的 STL 文件可供下载。

步骤 10：编程

提供的 Arduino 草图读取所有传感器原始数据，向串口监视器输出传感器电阻、Shinyei 低脉冲占用率、温湿度，并在 LCD 轮播显示。

编译前下载所需库：LCD 扩展板库 和 DHT 传感器库。

步骤 11：数据解读

我们正优化算法将原始输出转为可操作的污染物浓度。对照已知参考源校准对精度至关重要。

颗粒物方面，引用 David Holstius 研究关联 Shinyei PPD42 输出与 EPA 测量：
PM₂.₅ = 5 + 5 × (低脉冲占用率 %)。

气体传感器电阻按数据手册曲线解读。MQ 系列电阻降至基线 <50% 通常预示目标气体存在；降至 <10% 表明浓度接近 1000 ppm，临近法规限值。

得出近似浓度后，参考 EPA 技术文档和 CDC 指南评估健康风险。

完整解读代码将在校准完成后发布。

来源：空气污染检测器