夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器使用
时间：2022-12-27 07:00:00
夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器在STM使用32平台
一、传感器概述
GP2Y1010AUOF是日本夏普公司开发的光学粉尘浓度检测传感器。红外发光二极管和光电晶体管在传感器内部成对角分布，利用光敏原理工作。用于检测特别微妙的颗粒，如香烟颗粒和微妙的灰尘。颗粒浓度取决于输出脉冲的高度。
二、传感器的一些参数
三、传感器的工作原理
图（1）
图（2）
夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器更便宜，只能检测室内空气中的灰尘和烟尘含量.所谓的PM2.5浓度，然而现在市面上有好多红外发光二极管的传感器都称自己是PM2.5传感器，可测量PM2.5的值，其实不是，真的可以测量PM2.5浓度是数百个激光传感器，红外连接PM10不能测量，只能用来玩，或者大致描述空气质量的等级。经过多次实验，我发现传感器显示的灰尘浓度和网上公布的灰尘浓度AQI空气质量指数接近真实PM2.5浓度差别很大，灰尘浓度实际上是所有不同直径的颗粒物的总和，其中包含PM1.0，PM2.5，PM10
其原理如上图(2)所示，传感器中心有一个洞，可以让空气自由流动，定向发射LED通过检测空气中灰尘折射后的光线来判断灰尘的含量。
四、传感器与STM32的连接
(注:直接用图中的430单片机代替STM32就行了，接线顺序与电阻、电容器大小不变)
这里简单说一下，为什么要这样接？
1.电阻R1和电容C1：因为V-LED和LED-GND是给红外发光二极管供电的，所以不能直接接上5V,需要串一个150欧元的电阻来限制流量。此外，为了稳定电源，还需要在发光二极管的正负极和220uf的电容。
2.三极管：可增加LED驱动能力(建议添加，添加后稳定)
3.电阻R2:由于传感器的最大工作电流是20，因此发挥限流作用mA
4.电阻R3和R4:起分压(因为传感器是5)V32单片机供电AD最大采样电压为3.3V）
5.上图中的P1.2为脉冲输入脚，为传感器提供输入信号PWM占空比为0.032）
6.上图中的P6.5为单片机的ADC用于输出信号的模拟输入脚
（图1） （图2）
图1为脉冲输入波形，周期为10ms，高电平为0.32ms
图2为AD从图中可以看出，采样时间为280us这个时候采样，因为整个高电平持续320us，因此，打开红外发光二极管280us取样后，延迟40us关闭红外发光二极管，最后延迟9680us(输入波形的周期为10ms)，这实现了一项完整的工作
电压值与灰尘浓度的关系比例图
从图中可以看出，曲线在前半部分有一定的斜率，约为0.6mg/m3左右，曲线不再生长，此时最大输出电压为3.6V左右，但在曲线的前半部分，可以得出电压值与灰尘浓度的关系：Dust density = 0.17 * Output Voltage
根据技术手册，当空气清洁时，Vo的范围是0~1.5V，典型值是0.9V
当空气粉尘浓度高时，Vo的数值大于3.6V。但传感器输出的最大电压是3.6V，因此，当灰尘浓度再次增加时，我们的传感器无法测量
0.9V表示空气干净，3.6V这意味着有很多空气灰尘。因为空气中不可能没有灰尘，所以取正常值0.9V，粉尘浓度为0.053mg/m3
当达到最大电压值3.6V此时灰尘浓度为0.512mg/m3
所以我们传感器的范围是0~512ug/m3(这512只是一个估计值，实际上可能超过这个值)
五、主程序代码
Main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_SysTick.h"
#include "bsp_usart1.h"
#include "bsp_GP2Y.h"
#include "bsp_pwm_output.h"
#include "bsp_TiMbase.h"
#define FILTER_N 7
int A[32];
volatile u32 time = 0; // ms 计时变量
void Delay(__IO uint32_t nCount)
{
for(; nCount != 0; nCount--);
}
voidTIM3_Configuration(void);
void TIM3_NVIC_Configurtion(void);
int main(void)
{
float calcVoltage ;
int filter_sum, i ,j ,dust;
int filter_max, filter_min;
int filter_buf[FILTER_N];
SysTick_Init();
USART1_Config();
TIM3_Configuration();
TIM3_NVIC_Configuration();
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3 , ENABLE);
Adc_Init();
TIM3_PWM_Init();
Delay_ms(200); //等待传感器稳定工作//
while(1)
{
if(time==200) //10ms发生一次中断，等到中断200次后，即2s//
{
time=0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++)
{
GP2Y_Low; //打开红外二极管//
Delay_us(280); //延时280us//
filter_buf[i]=Get_Adc(ADC_Channel_10); //采样，读取AD值//
Delay_us(19); //延时19us，因为这里我设了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,这跟上面说的高电平持续的时间为0.32ms//
GP2Y_High; //关闭红外二极管//
Delay_us(9680); //延时9680us//
}
filter_max = filter_buf[0];
filter_min = filter_buf[0];
filter_sum = filter_buf[0];
for(i = FILTER_N - 1; i > 0; i--)
{
if(filter_buf[i] > filter_max)
filter_max=filter_buf[i];
else if(filter_buf[i] < filter_min)
filter_min=filter_buf[i];
filter_sum = filter_sum + filter_buf[i];
filter_buf[i] = filter_buf[i - 1];
}
i = FILTER_N - 2;
filter_sum = filter_sum - filter_max - filter_min + i/2; //加上i/2是为了四舍五入//
filter_sum = filter_sum / i;
calcVoltage=filter_sum*(3.3/ 4096)*2; /因为上面采集到的是AD值，这里要把它转换为电压值//
（注：为什么我在公式的最后要乘以2呢？这个2是一定不能少的，因为我们将它与32单片机连接的时候，加了两个10K的电阻分压，读取到的电压值已减小了一半，但这不是实际采取到的电压，所以要在最后乘以2返回原来的电压值）
dust=(0.17*calcVoltage-0.1)*1000; //乘以1000单位换成ug/m3//
if (dust<0)
dust=0; //限位//
if (dust>500)
dust=500;
printf("\r\n电压值:%fV\n",calcVoltage);
printf("\r\n灰尘浓度:%dug/m3\n",dust);
}
}
}
以上就是主要的一些程序，由于该传感器不太稳定，输出波形抖动较大，所以在程序里我加上了数字滤波算法，我采用那种去极值取平均的中位值滤波法，在传感器工作一次时，取输出波形的连续几个波峰的峰值，存到数组里，然后进行去掉最大值，最小值的操作，剩下的取平均
六、实际操作
实物连接图如下：
把程序烧进单片机，观察其输出的值
对比右图可知，一般室内的灰尘浓度所对应的电压值都是0.9V左右
再对比一下网上公布的空气指数
对比可知，该传感器测出的值与网上公布的AQI指数比较接近
我们再来看看这输入波形和输出波形
黄色的是输入波形，蓝色的是输出波形
（注：这图像上显示的电压值是分压后的）
当我往传感器的中心孔里放根杜邦线时，可以看到其输出波形立马飙升，说明这传感器还是挺灵敏的
当往孔里插根杜邦线或者一支笔时，测出的值立马到达最大值3.6V左右，这是对颗粒物的灵敏度，对于烟雾类型的也很敏感，我利用电烙铁焊锡时产生的烟雾，经传感器测量也能到达最大值，显示的灰尘浓度达530ug/m3.
由于这传感器的内部存有空隙，所以当你外加烟雾给它时，会有少量的烟雾残留在内部的空隙里，才会出现为什么我把烟雾撤去之后，显示的浓度依然很大，这时你需往孔里吹口气，将里面残留的烟雾吹走，这时才恢复你室内正常的浓度，否则的话，你得等待一段时间，待里面的烟雾慢慢散去.
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作者：思念中华
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/qq_38021919/article/details/78764764
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