空气污染是许多城市的主要问题，并且空气质量指数每天都在变差。根据世界卫生组织的报告，空气中存在的有害颗粒物导致的过早死亡人数要多于车祸。根据环境保护署（EPA）的数据，室内空气的毒性是室外空气的2至5倍。因此，我们在这里建立了一个项目，通过测量空气中的尘埃密度来监控空气质量。
因此，在继续之前的项目（例如LPG探测器，烟雾探测器和空气质量监控器）之后，我们将把Sharp GP2Y1014AU0F传感器与Arduino Nano连接起来，以测量空气中的尘埃密度。除了灰尘传感器和Arduino Nano，OLED显示屏还用于显示测量值。夏普的GP2Y1014AU0F灰尘传感器在检测非常细小的颗粒（例如香烟烟雾）中非常有效。设计用于空气净化器和空调。
所需组件
- Arduino纳米
- 夏普GP2Y1014AU0F传感器
- 0.96'SPI OLED显示模块
- 跳线
- 220 µf电容器
- 150电阻
夏普GP2Y1014AU0F传感器
夏普的GP2Y1014AU0F是一款纤巧的六针模拟输出光学空气质量/光学灰尘传感器，旨在感应空气中的灰尘颗粒。它根据激光散射原理工作。传感器模块内部，在进气孔附近对角地布置了一个红外发射二极管和一个光电传感器，如下图所示：
当包含灰尘颗粒的空气进入传感器室时，灰尘颗粒会将IR LED光散射到光电探测器。散射光的强度取决于灰尘颗粒。空气中的尘埃颗粒越多，光的强度就越大。传感器的V OUT引脚上的输出电压根据散射光的强度而变化。
GP2Y1014AU0F传感器引脚：
如前所述，GP2Y1014AU0F传感器带有 6针连接器。下图和表格显示了GP2Y1014AU0F的引脚分配：
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序号 |
引脚名称 |
引脚说明 |
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1个 |
发光二极管 |
LED Vcc引脚。通过150Ω电阻连接到5V |
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2 |
LED-地 |
LED接地引脚。连接到GND |
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3 |
LED |
用于切换LED的开/关。连接到Arduino的任何数字引脚 |
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4 |
地线 |
传感器接地引脚。连接到Arduino的GND |
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5 |
输出电压 |
传感器模拟输出引脚。连接到任何模拟引脚 |
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6 |
V CC |
正电源引脚。连接到Arduino的5V |
GP2Y1014AU0F传感器规格：
- 低电流消耗：最大20mA
- 典型工作电压：4.5V至5.5V
- 最小可检测粉尘尺寸：0.5µm
- 灰尘密度感应范围：高达580 ug / m 3
- 感应时间：小于1秒
- 尺寸：1.81 x 1.18 x 0.69英寸（46.0 x 30.0 x 17.6毫米）
OLED显示模块
OLED（有机发光二极管）是一种自发光技术，通过在两个导体之间放置一系列有机薄膜来构造。当电流施加到这些膜时，产生亮光。OLED使用的技术与电视相同，但像素比大多数电视都要少。
对于此项目，我们使用的是单色7针SSD1306 0.96英寸OLED显示屏。它可以在三种不同的通信协议上工作：SPI 3线模式，SPI四线模式和I2C模式。引脚及其功能在下表中说明：
在上一篇文章中，我们已经详细介绍了OLED及其类型。
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引脚名称 |
其他名称 |
描述 |
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nd |
地面 |
模块的接地引脚 |
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Vdd |
Vcc，5V |
电源引脚（可承受3-5V） |
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SCK |
D0，SCL，时钟 |
充当时钟引脚。用于I2C和SPI |
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SDA |
D1，MOSI |
模块的数据引脚。用于IIC和SPI |
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RES |
RST，复位 |
重置模块（在SPI期间有用） |
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直流电 |
A0 |
数据命令引脚。用于SPI协议 |
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CS |
片选 |
在SPI协议下使用多个模块时很有用 |
OLED规格：
- OLED驱动器IC：SSD1306
- 分辨率：128 x 64
- 可视角度：> 160°
- 输入电压：3.3V〜6V
- 像素颜色：蓝色
- 工作温度：-30°C〜70°C
通过以下链接了解有关OLED及其与不同微控制器接口的更多信息。
电路原理图
下面给出了将Sharp GP2Y1014AU0F传感器与Arduino接口的电路图：
电路非常简单，因为我们仅将GP2Y10传感器和OLED显示模块与Arduino Nano连接在一起。GP2Y10传感器和OLED显示模块均由+ 5V和GND供电。V0引脚与Arduino Nano的A5引脚连接。传感器的LED引脚连接到Arduino的数字引脚12。由于OLED显示模块使用SPI通信，因此我们在OLED模块和Arduino Nano之间建立了SPI通信。下表中显示了连接：
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序号 |
OLED模块引脚 |
Arduino引脚 |
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1个 |
地线 |
地面 |
|
2 |
VCC |
5伏 |
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3 |
D0 |
10 |
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4 |
D1 |
9 |
|
5 |
RES |
13 |
|
6 |
直流电 |
11 |
|
7 |
CS |
12 |
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序号 |
感应针 |
Arduino引脚 |
|
1个 |
Vcc |
5伏 |
|
2 |
V Ø |
A5 |
|
3 |
地线 |
地线 |
|
4 |
LED |
7 |
|
5 |
LED-地 |
地线 |
|
6 |
发光二极管 |
5V至150Ω电阻 |
在性能板上构建电路
将所有组件焊接在穿孔板上之后，其外观如下图所示。但是它也可以建立在面包板上。我已将GP2Y1014传感器焊接在用于连接SDS011传感器的同一板上。焊接时，请确保您的焊锡丝之间应保持足够的距离。
空气质量分析仪的代码说明
该项目的完整代码在文档末尾给出。在这里，我们解释了代码的一些重要部分。
该代码使用 Adafruit_GFX ，并 Adafruit_SSD1306 库。这些库可以从Arduino IDE的库管理器中下载并从那里安装。为此，打开Arduino IDE并转到 Sketch <Include Library <Manage Libraries 。现在搜索 Adafruit GFX 并安装Adafruit的Adafruit GFX库。
同样，通过Adafruit安装Adafruit SSD1306库。
将库安装到Arduino IDE之后，通过包含所需的库文件来启动代码。灰尘传感器不需要任何库，因为我们直接从Arduino的模拟引脚读取电压值。
#包括
然后，定义OLED的宽度和高度。在此项目中，我们使用的是128×64 SPI OLED显示器。您可以根据自己的显示更改 SCREEN_WIDTH 和 SCREEN_HEIGHT 变量。
#define SCREEN_WIDTH 128 #define SCREEN_HEIGHT 64
然后定义连接OLED Display的SPI通信引脚。
#define OLED_MOSI 9 #define OLED_CLK 10 #define OLED_DC 11 #define OLED_CS 12 #define OLED_RESET 13
然后，使用前面通过SPI通信协议定义的宽度和高度创建一个Adafruit显示实例。
Adafruit_SSD1306显示屏（SCREEN_WIDTH，SCREEN_HEIGHT，OLED_MOSI，OLED_CLK，OLED_DC，OLED_RESET，OLED_CS）;
之后，定义灰尘传感器的感应和引脚。感测引脚是灰尘传感器的输出引脚，用于读取电压值，而led引脚用于打开/关闭IR Led。
int sensePin = A5; int ledPin = 7;
现在，在 setup（） 函数中，以9600的波特率初始化串行监视器，以进行调试。同样，使用 begin（） 函数初始化OLED显示。
Serial.begin（9600）; display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC）;
在 loop（） 函数内部，从Arduino Nano的模拟引脚5读取电压值。首先，打开IR LED，然后等待0.28ms，然后再读取输出电压。之后，从模拟引脚读取电压值。此操作大约需要40到50微秒，因此在关闭粉尘传感器的电源之前引入40微秒的延迟。根据规范，LED应该每10ms脉冲一次，因此请等待10ms的剩余时间 = 10000-280-40 = 9680微秒 。
digitalWrite（ledPin，LOW）; delayMicroseconds（280）; outVo = AnalogRead（sensePin）; delayMicroseconds（40）; digitalWrite（ledPin，HIGH）; delayMicroseconds（9680）;
然后在接下来的几行中，使用输出电压和信号值计算灰尘密度。
sigVolt = outVo *（5/1024）; dustLevel = 0.17 * sigVolt-0.1;
之后，使用 setTextSize（） 和 setTextColor（） 设置文本大小和文本颜色。
display.setTextSize（1）; display.setTextColor（WHITE）;
然后在下一行中，使用 setCursor（x，y） 方法定义文本开始的位置。然后使用 display.println（） 函数在OLED显示器上打印灰尘密度值。
display.println（“ Dust”）; display.println（“ Density”）; display.setTextSize（3）; display.println（dustLevel）;
最后，调用 display（） 方法以在OLED Display上显示文本。
display.display（）; display.clearDisplay（）;
测试Sharp GP2Y1014AU0F传感器与Arduino的接口
一旦硬件和代码准备就绪，就可以测试传感器了。为此，将Arduino连接到笔记本电脑，选择Board和Port，然后单击上载按钮。如下图所示，它将在OLED显示屏上显示灰尘密度。
完整的工作视频和代码如下。希望您喜欢本教程并学到了一些有用的东西。如果您有任何疑问，请将其留在评论部分，或使用我们的论坛进行其他技术查询。