3.3.8 PM2.5 Feinstaub-Erkennung

3.3.8.1 Übersicht

Bei der PM2.5-Feinstaub-Erkennung wird ein Laser-Staubsensor verwendet, um die Konzentration von PM2.5 in der Luft zu messen. Er kann die Staubkonzentration kontinuierlich überwachen und gleichzeitig Partikel sammeln und ihre Bestandteile analysieren. Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern bezeichnet man als PM2.5. Je kleiner die Partikel sind, desto höher ist die Aufnahmequote im Atmungssystem.

In diesem Projekt bauen wir ein PM2.5-Feinstaub-Detektionssystem mit einem micro:bit-Board, einem PM2.5-Feinstaubsensor, einem OLED-Display, einem Zerstäubungsmodul und dem eingebauten Lautsprecher. Der PM2.5-Feinstaubsensor erkennt PM2.5-Partikel in der Luft, und das OLED zeigt den erfassten PM2.5-Wert in Echtzeit an. Wenn der Wert einen Schwellenwert erreicht, löst der Lautsprecher Alarm aus und das Zerstäubungsmodul versprüht feinen Wassernebel zur Reduzierung des Staubs.

3.3.8.2 Bauteilkenntnisse

PM2.5-Feinstaubsensor

Der PM2.5-Feinstaubsensor ist mit einem GP2Y1014AU0F-Chip ausgestattet, um sehr feine Partikel mit einem Durchmesser größer als 0,8 μm (z. B. Zigarettenrauch) effektiv zu detektieren. Er verfügt außerdem über eine Infrarot-LED und einen Fototransistor, diagonal angeordnet, um das von in der Luft befindlichem Staub reflektierte Licht zu erfassen. Er zeichnet sich durch einen sehr niedrigen Stromverbrauch aus (maximal 20mA, typisch 11mA), und seine analoge Spannungsausgabe variiert linear mit der Staubdichte, weshalb er häufig in Luftreinigern, Klimaanlagen-Luftmonitoren, PM2.5-Detektoren usw. eingesetzt wird.

⚠️ Hinweis: Der PM2.5-Feinstaubsensor mit GP2Y1014AU0F-Chip benötigt nach dem Einschalten eine Aufwärmzeit von mindestens 30 Sekunden bis zu 2 Minuten, um relativ genaue Messwerte zu erhalten.

Parameter:

• Versorgungsspannung: DC 5 ~ 7V

• Betriebsstrom: 20mA (Max)

• Mindest-Partikelerkennungsgröße: 0.8μm

• Empfindlichkeit: 0.5V/(0.1mg/m³)

• Spannung in sauberer Luft: 0.9V (typisch)

• Betriebstemperatur: -10℃ ~ 65℃

3.3.8.3 Benötigte Komponenten

micro:bit V2 main board ×1	micro:bit shield ×1	atomization module ×1
PM2.5 dust sensor ×1	OLED display ×1	AA battery(selbst bereitgestellt) ×6
battery holder ×1	4 pin wire ×2	3 pin wire ×1
micro USB cable ×1

3.3.8.4 Anschlussdiagramm

⚠️ Beim Verkabeln bitte auf die Drahtfarbe achten.

PM2.5 dust sensor	wire color	micro:bit shield pin	micro:bit board pin
GND	black	G	G
VCC	red	V2	V
LED	blue	1	P1
OUT	green	2	P2

OLED display	wire color	micro:bit shield pin	micro:bit board pin
GND	black	G	G
VCC	red	V2	V
SDA	blue	20	P20
SCL	green	19	P19

Atomization module	wire color	micro:bit shield pin	micro:bit board pin
G	black	G	G
V	red	V2	V
S	yellow	16	P16

3.3.8.5 Programmablauf

3.3.8.6 Testcode

⚠️ Beachte, dass der Schwellenwert 500 in der if()-Bedingung je nach tatsächlicher Situation geändert werden kann.

Vollständiger Code:

Kurze Erläuterung:

① Initialisiere OLED-Pixel, lösche das OLED. Die 5×5-LED-Matrix zeigt . Setze den Anfangswert von pm2.5_dust auf 0 und schalte das Zerstäubungsmodul initial aus.

② Weise der Variable pm2.5_dust die vom PM2.5-Feinstaubsensor gelesene Partikelkonzentration zu.

③ Das OLED zeigt die vom PM2.5-Feinstaubsensor gelesene Partikelkonzentration an.

④ Verzweigungsanweisung: if()…else…

Wenn die erkannte PM2.5-Partikelkonzentration 500ug/m³ überschreitet, zeigt die 5×5-LED-Matrix und der Lautsprecher löst Alarm aus. Nach 1 Sekunde sprüht das Zerstäubungsmodul Wassernebel.

Andernfalls zeigt die 5×5-LED , der Lautsprecher schlägt nicht Alarm und das Zerstäubungsmodul arbeitet nicht.

⑤ Verzögerung 200ms (0,2s).

3.3.8.7 Testergebnis

Nach dem Anschluss und dem Einschalten per micro USB cable, schließen Sie eine externe Stromversorgung (6 AA-Batterien) an, um eine ausreichende Stromversorgung zu gewährleisten.

Für die Windows 10 App einfach auf Download klicken. Im Browser senden Sie die “.hex”-Datei an das micro:bit-Board.

Nachdem der Testcode auf das micro:bit-Board hochgeladen wurde, erzeugen Sie auffällige PM2.5-Partikel, indem Sie z. B. den Boden drinnen fegen / Streichhölzer anzünden / eine kleine Menge Papier (sicher) verbrennen; diese werden vom PM2.5-Feinstaubsensor erkannt und ihre Konzentration in Echtzeit auf dem OLED angezeigt.

Wenn die erkannte PM2.5-Partikelkonzentration 500ug/m³ überschreitet, zeigt die 5×5-LED-Matrix und der Lautsprecher löst Alarm aus. Nach 1 Sekunde sprüht das Zerstäubungsmodul Wassernebel. Andernfalls zeigt die 5×5-LED , der Lautsprecher schlägt nicht Alarm und das Zerstäubungsmodul arbeitet nicht.

Detected values on OLED	Air quality
0-75	Ausgezeichnet
75-150	Sehr gut
150-300	Gut
300-1050	Normal
1050-3000	Schlecht
3000 +	Sehr schlecht

⚠️ Hinweis: Die Bausteine im Experiment sind nicht in diesem Kit enthalten.

(Tipp: Wenn kein Ergebnis zu sehen ist, drücken Sie bitte die Reset-Taste des micro:bit boards.)