DIY空气质量监测仪：PM2.5/CO2/VOC/臭氧/温湿度六合一Arduino方案

为什么需要监测空气质量

劣质空气导致困倦、头痛、注意力下降、心率加快等健康风险。本监测仪集成五大传感器+温湿度，2.8″ Nextion触屏实时显示，支持24小时历史曲线回放，亮度可调/熄屏适合卧室夜间监测。

四大核心气体传感器原理

PM2.5 - PMS5003（激光散射法）

内置风扇定流量采样，激光束照射颗粒物产生散射光，光电二极管接收经微处理器换算输出PM1.0/2.5/10浓度（μg/m³）。可靠性高，串口通讯（RX需3.3V电平分压）。

CO₂ - MH-Z19（非分光红外NDIR）

红外光穿气室，CO₂吸收特定波长，探测器接收余光，差值换算浓度（ppm）。人员呼吸易致室内CO₂超标，引发嗜睡、效率下降。串口通讯，精度良好。

VOC - MP503 & 臭氧 - MQ-131（金属氧化物半导体）

加热金属基底，目标气体吸附致电阻变化。MQ-131专测臭氧（净化器、杀菌灯产生）；MP503多气体响应（酒精、烟雾、甲醛等），VOC源自清洁剂、油漆、化妆品等，致头痛、过敏等。**注意：两传感器需预热稳定，MP503仅输出原始ADC值(0-1024)，MQ-131需校准R0与采样时间，长采样会阻塞主循环，非必需建议不装。**

电路设计与PCB制造

主控：Arduino Pro Mini（5V/16MHz）。通讯：PM2.5/CO₂/Nextion三路串口（硬串口+两路软串口），VOC/Ozone模拟量，DHT22单总线，DS3231 RTC走I²C。两路三极管(2N3904)驱动气体传感器加热器。Mini USB供电，拨码开关切换运行/下载模式。元件众多，**必须做PCB**。

Altium Designer流程

原理图→ Manufacturer Part Search 快速找封装/3D模型 → 自建库统一管理 → PCB布局 → 一键自动布线（可设规则/线宽） → 导出Gerber/NC Drill → JLCPCB下单。Altium 365云端协作查看。项目文件含库、STEP模型、Gerber包供下载。

PCB组装要点

小元件先焊（电阻/三极管） → Pro Mini焊排针（注意A4/A5/DTR脚位，确认引脚排布一致） → DHT22弯脚焊接 → 电容/开关/排针座 → DS3231弯脚焊接+装纽扣电池 → 飞线连PM2.5排线与Nextion四线。蓝牙模块预留未焊。

透明亚克力外壳制作

利用Altium导出STEP模型，SolidWorks设计双层壳体（4mm透明亚克力，配合屏幕厚度）。手工金工锯切割，钻孔定位，螺栓+隔离柱组装。透明外壳展示内部电路美感，通风散热佳。

固件与Nextion界面开发

Arduino端

库：MHZ19、PMS、MQ131、DHT、DS3231。软串口读PM/CO₂，硬串口通Nextion。主循环读传感器 → 串口发指令更新Nextion变量（如`tempV.val=22` + 三个0xFF结束符） → RTC计时存入历史数组（24h滚动）。VOC仅读原始值，Ozone需按库例程校准（阻塞久慎用）。

Serial.print("tempV.val="); Serial.print(temp); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff);

Nextion编辑器

自带ARM控制器，界面元素（按钮/文本/波形/变量/热区）全在编辑器配置。定时器轮询更新数值、变色报警（依阈值换背景色）。第二页波形图读Arduino推送的历史数组。热区做页跳转（波形点击回主页）。编译输出.tft文件存microSD，掉电插卡上电自动烧录屏幕。

使用体验与建议

上电即显实时数值，点击任意传感器进入24h曲线。卧室夜间熄屏不扰眠，晨起查看CO₂峰值判断通风效果。PM2.5对加湿器/烹饪烟雾响应灵敏。CO₂在密闭会议室迅速破1000ppm，验证通风必要性。VOC/Ozone读数仅作相对趋势参考。项目展示了多串口协同、PCB级集成、Nextion人机交互、RTC数据记录等实用技能栈。**代码与Nextion工程文件开源供下载。**