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一、介绍
GP2Y1014AU是日本夏普公司开发的一款光学灰尘浓度检测传感器，设计用来感应空气中的尘埃粒子，其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，通常应用在空气净化系统中。
以下是PM2.5传感器的参数：
|---------|----------------|
| 型号 | GP2Y1014AU |
| 工作电压 | 5~7V |
| 工作电流 | <20mA |
| 工作温度 | -10~65℃ |
| 存储温度 | -20~80℃ |
| 灵敏度 | 0.5V(0.1mg/m3) |
| 最小粒子检出值 | 0.8微米 |
哔哩哔哩视频链接：
PM2.5粉尘传感器详解（STM32）
（资料分享见文末）
二、传感器原理
1.原理图
L-VCC引脚接电阻是用来限流，接电容是用来稳压
2.引脚描述
|-------|---------|
| 引脚名称 | 描述 |
| L-VCC | LED灯正极 |
| L-GND | LED灯负极 |
| LED | LED灯引脚 |
| S-GND | 模块负极 |
| OUT | 模拟量输出引脚 |
| VCC | 模块正极 |
3.工作原理介绍
PM2.5传感器其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，它们的光轴相交，当带灰尘的气流通过光轴相交的交叉区域，粉尘对红外光反射，反射的光强与灰尘浓度成正比。光电晶体管能够探测到空气中尘埃反射光，尘埃浓度越高，反射光越多，从而输出模拟电压值越高，通过ADC将模拟值转化为数字电压值，利用比例关系式，最终得到尘埃浓度。
4.粉尘浓度转化关系
|-------|------|------|------|------|------|------|
| V | 0.95 | 1.45 | 2.00 | 2.65 | 3.25 | 3.60 |
| Mg/m3 | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 |
5.空气污染指数
|-------------------|----------|--------|----------|
| PM2.5 浓度均值(μg/m3) | 空气质量 AQI | 空气质量级别 | 空气质量指数类别 |
| 0-35 | 0-50 | 一级 | 优 |
| 35-75 | 51-100 | 二级 | 良 |
| 75-115 | 101-150 | 三级 | 轻度污染 |
| 115-150 | 151-200 | 四级 | 中度污染 |
| 150-250 | 201-300 | 五级 | 重度污染 |
| 250以上 | ≥300 | 六级 | 严重污染 |
三、程序设计
1.使用STM32F103C8T6读取PM2.5粉尘传感器采集的数据，通过串口发送至电脑
2.将读取得到信息数据同时在OLED上显示
|-----------|------|
| PM2.5_LED | PA0 |
| PM2.5_VO | PA1 |
| OLED_SCL | PB11 |
| OLED_SDA | PB10 |
| 串口 | 串口1 |
main.c文件
cpp
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "oled.h"
#include "PM25.h"
#include "adcx.h"
/*****************辰哥单片机设计******************
STM32
* 项目 : PM2.5粉尘传感器实验
* 版本 : V1.0
* 日期 : 2024.9.10
* MCU : STM32F103C8T6
* 接口 : 参看PM25.h
* BILIBILI : 辰哥单片机设计
* CSDN : 辰哥单片机设计
* 作者 : 辰哥
**********************BEGIN***********************/
u16 pm;
int main(void)
{
SystemInit();//配置系统时钟为72M
delay_init(72);
LED_Init();
LED_On();
PM25_Init();
USART1_Config();//串口初始化
OLED_Init();
printf("Start \n");
delay_ms(1000);
//显示"粉尘浓度:"
OLED_ShowChinese(0,0,0,16,1);
OLED_ShowChinese(16,0,1,16,1);
OLED_ShowChinese(32,0,2,16,1);
OLED_ShowChinese(48,0,3,16,1);
OLED_ShowChar(64,0,':',16,1);
while (1)
{
LED_Toggle();
pm = Get_PM25_Average_Data();
printf("粉尘浓度: %d\r\n",pm);
OLED_ShowNum(80,0,pm,3,16,1);
delay_ms(500);
}
}PM25.h文件
cpp
#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "oled.h"
#include "PM25.h"
#include "adcx.h"
/*****************辰哥单片机设计******************
STM32
* 项目 : PM2.5粉尘传感器实验
* 版本 : V1.0
* 日期 : 2024.9.10
* MCU : STM32F103C8T6
* 接口 : 参看PM25.h
* BILIBILI : 辰哥单片机设计
* CSDN : 辰哥单片机设计
* 作者 : 辰哥
**********************BEGIN***********************/
u16 pm;
int main(void)
{
SystemInit();//配置系统时钟为72M
delay_init(72);
LED_Init();
LED_On();
PM25_Init();
USART1_Config();//串口初始化
OLED_Init();
printf("Start \n");
delay_ms(1000);
//显示"粉尘浓度:"
OLED_ShowChinese(0,0,0,16,1);
OLED_ShowChinese(16,0,1,16,1);
OLED_ShowChinese(32,0,2,16,1);
OLED_ShowChinese(48,0,3,16,1);
OLED_ShowChar(64,0,':',16,1);
while (1)
{
LED_Toggle();
pm = Get_PM25_Average_Data();
printf("粉尘浓度: %d\r\n",pm);
OLED_ShowNum(80,0,pm,3,16,1);
delay_ms(500);
}
}PM25.c文件
cpp
#include "PM25.h"
/*****************辰哥单片机设计******************
STM32
* 文件 : PM2.5粉尘传感器c文件
* 版本 : V1.0
* 日期 : 2024.9.10
* MCU : STM32F103C8T6
* 接口 : 见代码
* BILIBILI : 辰哥单片机设计
* CSDN : 辰哥单片机设计
* 作者 : 辰哥
**********************BEGIN***********************/
/**
* @brief PM25初始化程序
* @param 无
* @retval 无
*/
void PM25_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd (PM25_GPIO_CLK, ENABLE ); // 打开 ADC IO端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PM25_LED_GPIO_PIN; // 配置 ADC IO 引脚模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 设置为推挽输出
GPIO_Init(PM25_LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化 ADC IO
//PA1作为模拟通道输入引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PM25_VO_GPIO_PIN;
GPIO_Init(PM25_VO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
ADCx_Init();
}
uint16_t PM25_ADC_Read(void)
{
//设置指定ADC的规则组通道，采样时间
return ADC_GetValue(ADC_CHANNEL, ADC_SampleTime_239Cycles5);
}
/**
* @brief PM25 ADC数据读取
* @param 无
* @retval 返回转换后的PM25模拟信号数值
*/
u16 PM25_GetData(void)
{
uint16_t ADCVal;
int dustVal = 0;
float Voltage;
PM25_LED_H; //置1 开启内部LED
delay_us(280); // 开启LED后的280us的等待时间
ADCVal = PM25_ADC_Read(); //PA1 采样，读取AD值
delay_us(19); //延时19us，因为这里AD采样的周期为239.5，所以AD转换一次需耗时21us，19加21再加280刚好是320us
PM25_LED_L; //置0 关闭内部LED
delay_us(9680); //需要脉宽比0.32ms/10ms的PWM信号驱动传感器中的LED
Voltage = 3.3f * ADCVal / 4096.f * 2; //获得AO输出口的电压值
dustVal = (0.17*Voltage-0.1)*1000; //乘以1000单位换成ug/m3//
if (dustVal < 0)
dustVal = 0; //限位//
if (dustVal>500)
dustVal=500;
return dustVal;
}
/**
* @brief 平均值滤波法
* @param 无
* @retval 返回滤波后的数据
*/
u16 Get_PM25_Average_Data(void)
{
u16 temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<PM25_READ_TIMES;t++) //#define PM25_READ_TIMES 20 定义读取次数,读这么多次,然后取平均值
{
temp_val+=PM25_GetData(); //读取ADC值
delay_ms(5);
}
temp_val/=PM25_READ_TIMES;//得到平均值
return (u16)temp_val;//返回算出的ADC平均值
}四、实验效果
