DIY Arduino PM10/温湿度监测仪 —— 关注空气质量与病毒传播风险

零部件与物料

所需工具

• 烙铁、无铅锡丝
• 3D 打印机（PLA 橙色）
• 热熔胶枪、电钻

应用与在线服务

• Arduino IDE（需安装 Adafruit SSD1306、DHT sensor library）

项目背景

多项研究表明，颗粒物（PM10/PM2.5）可能作为病毒「载体」，将新冠病毒等带至更远距离并在空气中存活数小时至数周。意大利北部封城期间因集约化养殖场持续排放粪便氨气与颗粒物，PM10 浓度未显著下降，且疫情严重程度与 PM10 超标高度相关。低湿度(<40%) 或高湿度(>60%) 亦利于病毒存活。本项目旨在低成本复刻监测装置，实时显示 PM10、温度、湿度，并通过 LED 分级报警，提醒公众采取防护。

报警分级逻辑

传感器接线

SDS018 (UART)

• Pin3(5V) → Nano 5V
• Pin5(GND) → Nano GND
• Pin7(TX) → Nano RX (D0) —— **需改装 Nano：拆除 RXD SMD 电阻并引出跳线帽，编程时接上，运行时拔下**

DHT22

• VDD → 5V, GND → GND
• DATA → D2，VDD-DATA 间接 4.7k 上拉，VDD-GND 并联 100nF

OLED I2C

• VCC→5V, GND→GND, SCL→A5, SDA→A4

LED

• 红→D3, 绿→D4, 黄→D5，阴极串 390Ω 接 GND

3D 打印外壳

双件式橙色 PLA 外壳：下盖固定 Nano 与 SDS018（含 Micro-USB 口），上盖固定 DHT22、OLED、三个 LED（孔径 3mm，可扩至 5mm 用灯座）。热熔胶固定模块，导线收纳整理。附 SketchFab 模型链接。

固件流程

1. 上电初始化：外设初始化、LED 自检
2. 主循环 (2s 周期)：
   • 读 DHT22 温湿度 → 串口打印
   • 读 SDS018 10 字节帧 (0xAA 0xC0 ... 0xAB) → 校验和通过 → 解析 PM2.5/PM10
   • 按分级逻辑点亮 LED
   • OLED 轮询显示：PM10+湿度 / PM2.5+温度（报警时显示 "Alarm!!!"）

完整固件代码

#include 
#include 

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 32
#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT22
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

int startDHT = 0, switchDisplay = 0;
const int ledR = 3, ledG = 4, ledY = 5;

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(ledR, OUTPUT); pinMode(ledG, OUTPUT); pinMode(ledY, OUTPUT);
  dht.begin();
  Serial.begin(9600);
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) for(;;);
  display.clearDisplay(); display.setTextSize(2); display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  // LED 自检
  digitalWrite(ledG, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(ledY, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(ledR, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(ledG, LOW); digitalWrite(ledY, LOW); digitalWrite(ledR, LOW); delay(500);
}

void loop() {
  if (!startDHT) { delay(2000); startDHT = 1; }

  float h = dht.readHumidity();
  float t = dht.readTemperature();
  if (isnan(h) || isnan(t)) return;
  Serial.print("Humidity: "); Serial.print(h); Serial.print("% Temp: "); Serial.print(t); Serial.println("°C");

  // SDS018 读取
  uint8_t buf[10] = {0};
  float pm25 = 0, pm10 = 0;
  while (Serial.available() > 0) {
    for (int i=0; i<10; i++) buf[i] = Serial.read();
    if (buf[0]==0xAA && buf[1]==0xC0 && buf[9]==0xAB) {
      uint8_t sum = 0;
      for (int i=2; i<=7; i++) sum += buf[i];
      if (sum == buf[8]) {
        pm25 = ((buf[3]*256.0 + buf[2])) / 10.0;
        pm10 = ((buf[5]*256.0 + buf[4])) / 10.0;
        Serial.print("PM2.5: "); Serial.print(pm25); Serial.println(" ug/m3");
        Serial.print("PM10: "); Serial.print(pm10); Serial.println(" ug/m3");
      }
    }
    Serial.flush();
  }

  // LED 报警逻辑
  if (pm10 <= 25 && h >= 40 && h <= 60) { digitalWrite(ledG,LOW); digitalWrite(ledY,LOW); digitalWrite(ledR,LOW); }
  else if (pm10 <= 25 && (h < 40 || h > 60)) { digitalWrite(ledG,HIGH); digitalWrite(ledY,LOW); digitalWrite(ledR,LOW); }
  else if (pm10 > 25 && pm10 <= 50 && h >= 40 && h <= 60) { digitalWrite(ledG,HIGH); digitalWrite(ledY,LOW); digitalWrite(ledR,LOW); }
  else if (pm10 > 25 && pm10 <= 50 && (h < 40 || h > 60)) { digitalWrite(ledG,HIGH); digitalWrite(ledY,HIGH); digitalWrite(ledR,LOW); }
  else if (pm10 > 50 && h >= 40 && h <= 60) { digitalWrite(ledG,HIGH); digitalWrite(ledY,HIGH); digitalWrite(ledR,LOW); }
  else { digitalWrite(ledG,HIGH); digitalWrite(ledY,HIGH); digitalWrite(ledR,HIGH); }

  // OLED 交替显示
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0,0);
  if (!switchDisplay) {
    if (pm10 > 50) display.print("Alarm!!!");
    else { display.print("PM10:"); display.println(pm10); }
    display.print("HR%:"); display.println(h);
    switchDisplay = 1;
  } else {
    display.setTextColor(SSD1306_BLACK, SSD1306_WHITE); // 反色
    display.print("PM25:"); display.println(pm25);
    display.print("T[C]:"); display.println(t);
    switchDisplay = 0;
  }
  display.display();
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); delay(1500);
}

原理图与外壳模型

电路原理图展示所有模块连接；上/下盖 3D 模型见 SketchFab 链接。