Датчик пыли Waveshare: инструкция, примеры использования и документация

Используйте Waveshare Dust Sensor для оценки качества воздуха в помещении, измерив концентрацию пыли и твёрдых мелкодисперсных частиц PM2.5.

На роль мозга для работы с датчиком пыли рассмотрим платформы из семейства Arduino, например Arduino Uno.

В качестве примера выведем концентрацию твёрдых мелкодисперсных частиц в Serial-порт.

• Arduino Uno
• Датчик пыли
• Кабель USB (A —B)
• Контактные штыри PLS-40 (4 контакта)

BasicReading.ino

// Определяем ядро платы Arduino
// для установки рабочего напряжения
#if defined(__AVR__)
#define OPERATING_VOLTAGE   5.0
#else
#define OPERATING_VOLTAGE   3.3
#endif
 
// Назначаем пины для коммуникации с датчиком пыли
constexpr uint8_t PIN_AOUT = A0;
constexpr uint8_t PIN_IR_LED = A1;
 
// Нулевой порог напряжения
float zeroSensorDustDensity = 0.6;
 
// Переменные для хранения данных с датчика
int sensorADC;
float sensorVoltage;
float sensorDustDensity;
 
void setup() {
  // Открываем Serial-порт
  Serial.begin(9600);
  // Пин с IR-LED в режим выхода
  pinMode(PIN_IR_LED, OUTPUT);
  // Выключаем IR-LED
  digitalWrite(PIN_IR_LED, LOW);
}
 
void loop() {
  // Считываем значение с датчика
  for (int i = 0; i < 10 ; i++) {
    digitalWrite(PIN_IR_LED, HIGH);
    delayMicroseconds(280);
    sensorADC += analogRead(PIN_AOUT);
    digitalWrite(PIN_IR_LED, LOW);
    delay(10);
  }
  sensorADC = sensorADC / 10;
  // Переводим «сырые» значения с АЦП в напряжение
  sensorVoltage = (OPERATING_VOLTAGE / 1024.0) * sensorADC * 11;
  // Переводим напряжение в концентрацию пыли
  // Также учитываем нулевой порог напряжение
  if (sensorVoltage < zeroSensorDustDensity) {
    sensorDustDensity = 0;
  } else {
    sensorDustDensity = 0.17 * sensorVoltage - 0.1;
  }
  // Выводим результат в Serial-порт;
  Serial.print(sensorVoltage);
  Serial.print("\t\t");
  Serial.print(sensorDustDensity);
  Serial.println(" ug/m3");  
  delay(1000);
}

На роль мозга для работы с датчиком пыли рассмотрим компьютеры из семейства Raspberry Pi, например Raspberry Pi 4 Model B.

В качестве примера выведем концентрацию твёрдых мелкодисперсных частиц в консоль.

• Raspberry Pi 4
• Troyka HAT
• Датчик пыли
• Импульсный блок питания Robiton TN2000S

Для работы примера установите библиотеку TroykaHatPython.

basic_reading.py

# Библиотека для работы со временем и задержками
import time
# Библиотека для работы с платой Troyka HAT
import troykahat
# Создаём объект для работы с расширителем портов
ap = troykahat.analog_io()
 
# Назначаем пины для коммуникации с датчиком пыли
PIN_AP_AOUT = 0
PIN_AP_IR_LED = 1
 
# Нулевой порог напряжения
zero_sensor_dust_density = 0.6
 
# Пин IR-LED в режим выхода
ap.pinMode(PIN_AP_IR_LED, ap.OUTPUT)
# Пин AOUT в режим входа
ap.pinMode(PIN_AP_AOUT, ap.INPUT)
 
while True:
    # Считываем значение с датчика
    # Для точности показаний считываем 10 выборок
    total_sensor_ADC = 0
    for i in range(10):
        ap.digitalWrite(PIN_AP_IR_LED, True)
        time.sleep(0.00028)
        # Считываем значение с датчика
        total_sensor_ADC = total_sensor_ADC + ap.analogRead(PIN_AP_AOUT)
        time.sleep(0.00004)
        ap.digitalWrite(PIN_AP_IR_LED, False)
    sensor_ADC = total_sensor_ADC / 10
    # Переводим «сырые» значения с АЦП в напряжение
    sensor_voltage = sensor_ADC * 3.3 * 11
 
    # Переводим напряжение в концентрацию пыли
    # Также учитываем нулевой порог напряжение
    if sensor_voltage < zero_sensor_dust_density:
        sensor_dust_density = 0
    else:
        sensor_dust_density = 0.17 * sensor_voltage - 0.1
 
    # Выводим показания датчика
    print("Voltage: ", round(sensor_voltage, 2), '\t',
          "Dust: ", round(sensor_dust_density, 2))
    # Ждём 10 мс
    time.sleep(0.1)

Модуль WaveShare Dust Sensor построен на оптическом сенсоре Sharp GP2Y1010AU0F, который способен определять концентрации частиц диаметром менее 2,5 мкм или как их называют PM2.5.

Модуль подключается к управляющей электронике через разъём JST PH-4 Male (папа). Для коммуникации используйте кабель с разъёмом JST PH-4 Female с четырьмя проводниками «мама» на конце:

Повышающий DC-DC преобразователь PT1301 обеспечивает питание оптического сенсора Sharp GP2Y1010AU0F, которому для стабильной работы необходимо напряжение 5 вольт. Диапазон входного напряжения преобразователя от 2,5 до 5 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 300 мА.

• Модель: Waveshare Dust Sensor (SKU 10500)
• Сенсор частиц: Sharp GP2Y1010AU0F
• Тип датчика: оптический
• Сигнал датчика: аналоговый
• Диапазон измерений: 0–500 мкг/м³
• Диаметр отверстия для воздуха: 9 мм
• Напряжение питания: 2,5–5 В
• Потребляемый ток: до 20 мА
• Размеры: 46,1×45,8×21,2 мм

• Датчик пыли Waveshare Sharp GP2Y1010AU0F в магазине.
• Векторное изображение датчика пыли Waveshare Sharp GP2Y1010AU0F

• User Manual на модуль Waveshare Sharp GP2Y1010AU0F

• Datasheet на сенсор частиц Sharp GP2Y1010AU0F
• Datasheet на повышающий DC-DC преобразователь PT1301