制作一個PM2.5檢測儀的想法是好，在1個小時內能否制作出一個PM2.5檢測儀呢？利用C/C++是貼近硬件的語言來做的話，要花好長一段時間甚至半年先學習C語言以后，再考慮動手制作，更不用說1個小時內制作出一個PM2.5檢測儀。（視頻+代碼演示）
接下來我介紹一個在1個小時內制作一個PM2.5的方法，首先介紹一下我從網上發現的一個好東西：TPYBoard開發板；它擁有自家的解析器、編譯器、虛擬機和類庫二次開發和環境，價格在python開發板里來說也是相當親民，可以開發很多有意思的小玩意，相當的不錯啦~
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2016-8-25 14:58 上傳
1. PM2.5檢測儀的目的
采用TPYBoard開發板為控制處理器，通過串口由PM2.5灰塵傳感器GP2Y1010AU0F檢測低程度的空氣污染PM2.5能夠甄別香煙和室內/室外灰塵，并通過SPI接口由LCD5110顯示屏顯示當前空氣粉塵濃度(ug/m?)。當空氣中粉塵濃度達到所設定限度點亮不同的LED燈來知道當前空氣質量等級。
本系統電路簡單、工作穩定、集成度高，調試方便，測試精度高，具有一定的實用價值。該檢測儀通過Python腳本語言實現硬件底層的訪問和控制細顆粒物檢測傳感器，每間隔一定時間，傳感器自動進行檢測，檢測到的空氣粉塵濃度數據通過串口上傳至主控板，主控板收集到數據后，同樣使用Python腳本語言將PM2.5的檢測結果顯示到LCD5110上。
我們先一起看一下最終的成品演示效果視頻
參照1:TPYBoardLED亮燈狀態與 PM2.5日均濃度對應的指數等級對應表：
PM2.5值數 | | | | 0～50 | | 優
| 綠燈亮
| 50~100 | | 良
| 綠燈亮
| 100～150 | | 輕度污染
| 藍燈亮
| 150～200 | | 中度污染
| 黃燈亮
| 200～300 | | 重度污染
| 紅燈亮
| >300 | | 嚴重污染
| 紅燈亮
|
參照2: TPYBoard的硬件特點：
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√ STM32F405RG MCU.
√ 168 MHz Cortex-M4 CPU with 32-bit hardware floating point.
√ 1 MiB flash storage, 192 KiB RAM.
√ USB口, 支持 串口，通用存儲，HID協議。
√ SD卡插槽。
√ MMA76603軸加速度計.
√ 4 LEDs, 1復位按鈕, 1通用按鈕.
√ 3.3V0.3A板載 LDO , 可從USB口或者外置電池供電。
√ 實時時鐘。
√ 30個通用IO口，其中28個支持5V輸入輸出。
√ 2個 SPI接口, 2個 CAN接口, 2個I2C接口, 5個USART接口.
√ 14個 12-bit ADC引腳。
√ 2個DAC 引腳。
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2. 材料準備
制作PM2.5檢測儀所需材料如下：
1.PM2.5粉塵傳感器1個，檢測PM2.5（細顆粒物）傳感器，TXD串口輸出。
2.TPYBoard開發板1塊，主要用來當主控開發板，讀入傳感器數據。
3.Lcd5110顯示屏1個，主要用來顯示檢測的信息。
4.杜邦線若干。
5.數據線一條。
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2016-8-25 15:05 上傳
3.硬件接線方法
3.1 傳感器的針腳
傳感器上一共六根線，從1到6依次是GND,VCC,NC,NC,RX,TX。其中我們只用三根線，電源（GND,VCC）和串口（TX），傳感器與TPYBorad接線參照圖1，具體用哪個串口請參照官方網站上文檔TPYBoard 關于串口的使用，小編用的串口為 UART(2) is on: (TX, RX) = (X3, X4) = (PA2, PA3)，因為只需要將數據傳到PTYBoard，所以只用到RED即PTYBoard的X4引腳。
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2016-8-25 15:08 上傳
圖1 3.2 LCD5110的針腳
先看一下LCD5110針腳含義吧（注意：LCD5110的針腳有些不一樣的
TPYBoard的針腳與5110的針腳對應關系如下：
TPYBoard LCD5110 memo ---------------------------- # any Pin => RST Reset pin (0=reset, 1=normal) # any Pin => CE Chip Enable (0=listen for input, 1=ignore input) # any Pin => DC Data/Command (0=commands, 1=data) # MOSI => DIN data flow (Master out, Slave in) # SCK => CLK SPI clock # 3V3 or any Pin => VCC 3.3V logic voltage (0=off, 1=on) # any Pin => LIGHT Light (0=on, 1=off) # GND => GND
還是看不明白的話，直接上針腳編號吧
TPYBoard LCD5110 memo ---------------------------- Y10 => RST Reset pin (0=reset, 1=normal) Y11 => CE Chip Enable (0=listen for input, 1=ignore input) Y9 => DC Data/Command (0=commands, 1=data) X8 => DIN data flow (Master out, Slave in) X6 => CLK SPI clock VCC Y12 => LIGHT Light (0=on, 1=off) GND
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圖2
3.3 PM2.5檢測儀整體接線方法
按照圖1、圖2所示將PM2.5粉塵傳感器以及5110顯示屏與PTYBoard連接起來，硬件連接完畢，如圖3:
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圖3 4.PM2.5粉塵傳感器工作原理及數據處理
4.1 PM2.5粉塵傳感器工作原理
PM2.5粉塵傳感器的工作原理是根據光的散射原理來開發的，微粒和分子在光的照射下會產生光的散射現象，與此同時，還吸收部分照射光的能量。
當一束平行單色光入射到被測顆粒場時，會受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應待測場灰塵的相對濃度。光強的大小和經光電轉換的電信號強弱成正比，通過測得電信號就可以求得相對衰減率，進而就可以測定待測場里灰塵的濃度。在傳感器的中間有一個洞，這個洞可以讓空氣在里面流通。在洞的兩個邊緣 ，一面安裝有一個激光發射器，另一面安裝有激光接收器。這樣一來，空氣流過這個小洞，空氣里的顆粒物呢就會擋住激光，從而產生散射，另一面的接收器，是依據接收到的激光強度來發出不同的信號的（其實就是輸出不同的電壓值）。這樣一來，空氣里的顆粒物越多，輸出的電壓越高，顆粒物越少，輸出的電壓越低。
內部結構如圖內部結構仿真圖所示：
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4.2 PM2.5粉塵傳感器傳感器數據處理
上面說了傳感器的原理，接下來就說說它傳出來的信號和對于接收到的信號的計算吧。
這個傳感器的輸出數據是靠串口進行傳輸的，傳感器會通過串口每10ms不到（一般3～4ms）發送一個數據，數據的類型大致是個“0X00”這樣的16進制的數據。每次的數據會以“0XAA”作為起始端，以“0XFF”作為結束端。共7個數據位，7個數據位中包含了起始位，結束位，數據高位，數據低位，數據高校驗位，數據低校驗位和校驗位（校驗位是怎樣計算出來的，下面會講到）。數據格式大致如下：
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2016-8-25 15:11 上傳
其中校驗位長度=Vout（H）+Vout（L）+Vref（H）+Vref（L）的長度。
數據的組成一共是有7個數據位，但是只有Vout（H）和Vout（L）這兩個數據才是我們真正所需要的。我們需要依照這兩個數據算出來串口輸出的數字數據，從而通過數模轉換公式來計算出輸出的電壓。進一步的通過比例系數計算出空氣中顆粒物的數量。下面來說一下怎么計算。
傳感器輸出的數據分為高位和低位，其中呢Vout（H）為高位，Vout（L）為低位。因為串口傳進來的Vout（H）和Vout（L）是16進制的，第一步先轉化成10進制的（這個大家都會，不多說了）。然后根據這兩個輸出值的10進制數計算出串口輸出數值的電壓。
公式如下（其中Vout（H）和Vout（L）是已轉化為10進制的）：
Vout=（Vout（H）*256+Vout（L））/1024*5
這樣就算出來了他輸出出來的電壓了，再根據比例系數A，就可以計算出空氣中的顆粒物的值了。（A的值一般是在800到1000，具體的數值還要根據你買到的傳感器的精度，準確度和誤差值進行確定。我現在用的是800。）
5.PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率及程序編碼
5.1PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率
PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率是非常高的，一般3～4ms發送一個16進制的采樣數據，也就是說傳感器通電（接通VCC和GND）后，每隔3～4ms發送一個16進制的采樣數據，這么高的采樣頻率作為一個檢測儀來說顯然是沒有必要的。
TPYBoard通過串口接收粉塵傳感器數據，使用串口當然先定義串口，通過打開就可以接收串口數據，關閉串口就停止接收數據的特點，來自由控制PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率。
5.2程序編碼
我們main.py中，采用首先定義串口，其次是打開串口接收采樣數據，最后關閉串口，并且處理采樣數據及顯示，依次循環。
6.運行測試
接線ok后，導入font.py文件和upcd8544.py文件(主要用于5110顯示數據），再運行main.py即可看到當前的空氣質量等級以及PM2.5的濃度值了。
7.代碼部分
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2016-8-25 15:16 上傳
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