霧霾已成常態，自己DIY一個PM2.5檢測儀還是很有必要的。利用零基礎入門開發板 Arduino UNO R3，只需很簡單的電路和很少的代碼就能自制一個PM2.5檢測儀。為保證測量精度，這里選用激光粉塵傳感器來測試空氣中的霧霾污染程度，同時選用DHT11來檢測環境溫度和濕度，非常適合中小學生練習。

一、制作PM2.5檢測儀所需的材料

Arduino UNO R3開發板，一個

激光PM2.5傳感器，一個

1.3寸OLED屏，1個

溫濕度傳感器DHT11，一個

面包板，一個

杜邦線，若干

電阻，阻值約5k，1個

二、元件介紹

1、Arduino UNO R3開發板

Arduino是一個開放源代碼的設計平臺，由硬件Arduino板和軟件Arduino IDE集成開發環境兩部分組成。Arduino板是一個以AVR單片機為核心的開源硬件平臺，有多種型號和配套資源，其中最基礎、最常用的是Arduino UNO R3板，價格低廉、售價約23元，體積小巧、使用方便。Arduino IDE是一款非常優秀的軟件開發平臺，界面簡潔友好，上手快，具有很好的跨平臺性。

Arduino編程是基于入門級的C語言，門檻低，最重要的是在Arduino環境中，很多功能均已封裝成函數，可直接調用函數完成相應的功能，大大降低了編程復雜度，學生無需具備太多的單片機知識就可使用 Arduino板與各種傳感器、電子元件連接，快速搭建出各種有趣的、實用的電路，實現豐富的功能。Arduino還支持第三方庫和硬件等，靈活性和擴展性強。

2、激光PM2.5傳感器

為保證測試精度，選用了一款激光PM2.5傳感器，缺點是售價比較離譜，這東西成本不高，但因為缺乏競爭，所以價格一直居高不下。

該傳感器接口有6個引腳，但實際上只用到4個，各引腳定義如下所示。

傳感器采用異步串行通信方式（UART），以幀為單位進行通訊。幀格式固定，每一幀由9 個字節組成，分命令幀和應答幀。當外部設備向傳感器發送命令幀時，傳感器會回復外部設備對應的應答幀。

波特率：9600；

校驗位：無；

停止位：1 位；

數據位：8；

3、OLED屏

OLED顯示屏采用有機發光二極管，不需背光源，是一種較新型的顯示屏，缺點是價格較高，不如LCD壽命長。

有機發光顯示技術由非常薄的有機材料涂層和玻璃基板構成。當有電荷通過時這些有機材料就會發光。OLED發光的顏色取決于有機發光層的材料，故廠商可由改變發光層的材料而得到所需之顏色。有源陣列有機發光顯示屏具有內置的電子電路系統因此每個像素都由一個對應的電路獨立驅動。OLED具備有構造簡單、自發光不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣等優點。

本例程采用128x64的1.3寸OLED單色顯示屏，IIC接口

接線時，請務必仔細核對電源和地線，不要接反。

4、溫濕度傳感器

DHT11 是一款廉價的溫濕度傳感器，利用濕敏電阻測量濕度，采用數字溫度傳感器測試溫度，并由單片機處理后采用串行輸出。DHT11 售價約4元，就是略丑。DHT22 售價約15元，雖然顏色變白了，但顏值依然很低。二者管腳定義一樣，但操作時序不同在應用時需要注意。這里，我們選用DTH11型號。

DHT11的硬件連接非常簡單，原理圖如下：

三、軟件環境配置

安裝

雙擊arduino-1.8.3-windows.exe，出現安裝導向，依次確認，默認安裝即可。安裝完成后，桌面上會出現Arduino軟件的logo，下次使用時雙擊。

配置開發環境

插入Arduino UNO R3開發板，系統自動安裝USB驅動。

選擇相應的板卡

選擇端口

可以通過設備管理器查看設備對應的端口情況，本機對應的是COM5。

驗證

打開文件，示例，找到Blink程序

點擊對號驗證程序能否通過編譯，如果一切正常；點擊向右的箭頭將編譯好的程序上傳至Arduino UNO R3的AVR單片機中；也可以直接點擊該箭頭，IDE會先執行驗證，通過驗證后直接上傳。

如果看到LED燈閃爍，說明一切正常。恭喜你，安裝成功，板卡正常。

添加第三方庫

啟動Adruino IDE

項目-》加載庫-》管理庫，搜索DHT，安裝 DHT sensor library，以支持DHT11

項目-》加載庫-》管理庫，搜索U8GLIB，安裝 U8GLIB，以支持OLED

四、開始動手實踐

操作溫濕度傳感器

1、先把Arduino UNO R3板子上的電源和地引到面包板上

2、把溫濕度傳感器連接好，其中傳感器的數據輸出SDA接Arduino板的A0口。溫濕度的連接方式非常簡單，如本文前面的原理圖所示，除了電源和地，只有一根SDA線經5-10k電阻上拉至5V，同時接Arduino板的A0口即可。

3、調入例程

文件-》示例-》DHT sensor library -》DHTtester

4、修改數據輸入端

#define DHTPIN A0// what digital pin we‘re connected to

5、修改例程，支持 DHT11，去掉該行前面的//

#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11

6、上傳程序，打開串口監視器，設置9600波特率，觀察環境溫濕度。

操作OLED屏

1、斷開Arduino UNO R3板子的電源

2、把OLED屏連接好，由于是IIC接口，電路連接很簡單，OLED屏除了連接好電源和地，只需將SCL接Arduino板的A5端，SDA接Arduino板的A4端即可。

3、調入例程

文件-》示例-》U8glib -》helloword

4、修改例程，支持OLED，去掉該行前面的//

U8GLIB_SH1106_128X64 u8g（U8G_I2C_OPT_NONE）;// I2C / TWI

5、上傳程序，觀察OLED屏的顯示是否正確。

操作PM2.5傳感器

該傳感器是一款激光數字式PM2.5傳感器，內置激光器和光電接收組件，采用光散射原理，激光在顆粒物上產生散射光，由光電接收器轉變為電信號，再通過特定算法計算出PM2.5值和PM10值。

該傳感器采用串口輸出，除了1腳接地，2腳接電源，再將3腳TXD和4腳RXD分別接Arduino板的D5、D6端口，當然，您也可以接別的端口，只要程序做相應的修改即可。

常用指令只需要三條，分別是開機指令、讀取PM2.5值指令和關機指令，不妨根據手冊自己編寫試試，簡單起見，可以用串口監視器顯示結果。

五、編寫程序，實現PM2.5檢測儀

由于硬件電路已經逐步連接完畢，下面可以針對整個電路編寫程序了，把各部分功能統一起來，軟件示例代碼如下：

#include 《DHT.h》

#include “U8glib.h”

#include 《SoftwareSerial.h》

// 說明，這僅是一個簡單的示例程序，目的是幫助初學者入門

#define DHTPIN A0 // 接溫濕度傳感器的數據端

// 選擇合適的溫濕度傳感器型號

#define DHTTYPE DHT11 // DHT 11

//#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 （AM2302）， AM2321

uint8_t PM25_OPEN［］ = {0xAA，0x01，0x00，0x00，0x00，0x00，0x01，0x66，0xBB}; //開機指令

uint8_t PM25_CLOSE［］ = {0xAA，0x03，0x00，0x00，0x00，0x00，0x01，0x68，0xBB}; //關機指令

uint8_t PM25_DATA［］ = {0xAA，0x02，0x00，0x00，0x00，0x00，0x01，0x67，0xBB}; //讀數據指令

DHT dht（DHTPIN， DHTTYPE）;

// 軟串口定義格式 SoftwareSerial（rxPin， txPin， inverse_logic）

SoftwareSerial mySerial（5， 6）; //定義軟串口，D5、D6分別連接PM2.5傳感器的3（TXD）、4（RXD）

U8GLIB_SH1106_128X64 u8g（U8G_I2C_OPT_NONE）; // I2C / TWI OLED屏定義

uint16_t pm25， pm10;

float h， t， hic;

void setup（） {

mySerial.begin（9600）; //設置軟串口波特率與PM2.5傳感器一致

if （ u8g.getMode（） == U8G_MODE_R3G3B2 ） {

u8g.setColorIndex（255）; // white

}

else if （ u8g.getMode（） == U8G_MODE_GRAY2BIT ） {

u8g.setColorIndex（3）; // max intensity

}

else if （ u8g.getMode（） == U8G_MODE_BW ） {

u8g.setColorIndex（1）; // pixel on

}

else if （ u8g.getMode（） == U8G_MODE_HICOLOR ） {

u8g.setHiColorByRGB（255，255，255）;

}

pmOn（）;

delay（2000）;

}

int i=0;

void loop（） {

u8g.firstPage（）;

if （i==0） pmRead（）;

if（i》=5） i=0;else i++;

dhtRead（）;

do {

draw（）;

} while（ u8g.nextPage（） ）;

delay（500）;

}

void pmOn（）{

mySerial.write（PM25_OPEN，9）;

}

void pmOff（）{

mySerial.write（PM25_CLOSE，9）;

}

void pmRead（）{

uint8_t data［9］;

//while（mySerial.available（））;

mySerial.write（PM25_DATA，9）;

delay（100）;

for（int i=0;i《9;i++）{

if （mySerial.available（）） {

data［i］ = mySerial.read（）;

}

}

if（data［0］==0xAA && data［8］== 0xBB）{

pm25 = data［4］*256 + data［5］;

pm10 = data［2］*256 + data［3］;

}

}

void dhtRead（）{

// Reading temperature or humidity takes about 250 milliseconds！

// Sensor readings may also be up to 2 seconds ‘old’ （its a very slow sensor）

h = dht.readHumidity（）;

// Read temperature as Celsius （the default）

t = dht.readTemperature（）;

// Compute heat index in Celsius （isFahreheit = false）

hic = dht.computeHeatIndex（t， h， false）;

}

void draw（void） {

// graphic commands to redraw the complete screen should be placed here

char sendBuff［20］;

u8g.setFont（u8g_font_unifont_78_79）;

sprintf（sendBuff，“%c”，14）;

u8g.drawStr（ 0， 18， sendBuff）;

u8g.setFont（u8g_font_unifont）;

sprintf（sendBuff，“H：%2d%% T：%2d%cC”，（int）h，（int）t，0xB0）;

u8g.drawStr（ 20， 18， sendBuff）;

u8g.setFont（u8g_font_profont22）;

sprintf（sendBuff，“PM2.5：%4d”，pm25）;

u8g.drawStr（ 6， 42， sendBuff）;

sprintf（sendBuff，“PM 10：%4d”，pm10）;

u8g.drawStr（ 6， 64， sendBuff）;

}

運行結果

六、工匠精神

為使這款PM2.5檢測儀更具有實用性，你也可以動手制作印刷電路板，為便于初學者使用，主控芯片可以采用與Arduino UNO R3板子一樣的CPU。