3.3.8 Rilevamento polveri PM2.5

3.3.8.1 Panoramica

Nel rilevamento delle polveri PM2.5 si utilizza un misuratore di polvere laser per misurare la concentrazione di PM2.5 nell’aria. Può monitorare continuamente la concentrazione delle polveri raccogliendo le particelle e analizzandone i componenti. Le particelle con un diametro aerodinamico inferiore a 2,5 micrometri sono ciò che chiamiamo PM2.5. Se la dimensione delle particelle diminuisce, aumenta la percentuale assorbita dal sistema respiratorio.

In questo progetto costruiremo un sistema di rilevamento PM2.5 con una scheda micro:bit, un sensore di polveri PM2.5, un display OLED, un modulo di atomizzazione e l’altoparlante di bordo. Il sensore PM2.5 rileva le particelle PM2.5 nell’aria e l’OLED mostra in tempo reale il valore di PM2.5 rilevato. Quando il valore raggiunge una soglia, l’altoparlante emette un allarme e il modulo di atomizzazione spruzza una nebbia d’acqua per ridurre la polvere.

3.3.8.2 Conoscenze sui componenti

Sensore di polveri PM2.5

Il sensore di polveri PM2.5 integra il chip GP2Y1014AU0F per rilevare efficacemente particelle estremamente fini con diametro maggiore di 0,8 μm, come il fumo di sigaretta. È inoltre dotato di un LED a infrarossi e di un fototransistor disposti diagonalmente per rilevare la luce riflessa dalle polveri presenti nell’aria. Presenta un consumo ultra-basso (corrente massima 20mA, tipica 11mA) e la sua uscita di tensione analogica varia linearmente con la densità di polvere, perciò è ampiamente impiegato in purificatori d’aria, monitor dell’aria condizionata, rilevatori PM2.5, ecc.

⚠️ Nota: il sensore di polveri PM2.5 con chip GP2Y1014AU0F richiede almeno 30 secondi fino a 2 minuti di preriscaldamento dopo l’accensione per ottenere letture relativamente accurate.

Parametri:

Tensione di alimentazione: DC 5 ~ 7V
Corrente di esercizio: 20mA (Max)
Valore minimo di particella rilevabile: 0.8μm
Sensibilità: 0.5V/(0.1mg/m³)
Tensione in aria pulita: 0.9V (tipica)
Temperatura di esercizio: -10℃~65℃

3.3.8.3 Componenti necessari


scheda micro:bit V2 ×1	micro:bit shield ×1	modulo di atomizzazione ×1

sensore di polveri PM2.5 ×1	OLED display ×1	6 batterie AA (da procurarsi)

portapile ×1	cavo a 4 pin ×2	cavo a 3 pin ×1

cavo micro USB ×1

3.3.8.4 Schema di collegamento

⚠️ Quando eseguite i collegamenti, prestare attenzione al colore dei fili.

Sensore PM2.5	colore del filo	pin micro:bit shield	pin scheda micro:bit
GND	black	G	G
VCC	red	V2	V
LED	blue	1	P1
OUT	green	2	P2

Display OLED	colore del filo	pin micro:bit shield	pin scheda micro:bit
GND	black	G	G
VCC	red	V2	V
SDA	blue	20	P20
SCL	green	19	P19

Modulo di atomizzazione	colore del filo	pin micro:bit shield	pin scheda micro:bit
G	black	G	G
V	red	V2	V
S	yellow	16	P16

3.3.8.5 Flusso del codice

3.3.8.6 Codice di prova

⚠️ Nota: la soglia 500 nella condizione if() può essere modificata in base alla situazione reale.

Codice completo:

Breve spiegazione:

① Inizializza i pixel dell’OLED, cancella l’OLED. La matrice 5×5 LED mostra . Imposta il valore iniziale di pm2.5_dust a 0 e imposta il modulo di atomizzazione inizialmente spento.

② Assegna la concentrazione delle particelle di polvere letta dal sensore PM2.5 alla variabile pm2.5_dust.

③ L’OLED mostra la concentrazione delle particelle di polvere letta dal sensore PM2.5.

④ Istruzione di giudizio: if()…else…

Quando la concentrazione rilevata delle particelle di polvere PM2.5 supera 500ug/m³, la matrice 5×5 LED mostra e l’altoparlante emette un allarme. Dopo 1 secondo, il modulo di atomizzazione spruzza una nebbia d’acqua.

Altrimenti, la matrice 5×5 LED mostra , l’altoparlante non suona e il modulo di atomizzazione non funziona.

⑤ Ritardo 200ms (0,2s).

3.3.8.7 Risultato del test

Dopo aver eseguito i collegamenti e alimentato tramite cavo micro USB, collegate l’alimentazione esterna (6 batterie AA) per garantire un’alimentazione sufficiente.

Per l’App Windows 10 basta cliccare su Download. Per il browser, inviare il file “.hex” alla scheda micro:bit.

Dopo aver caricato il codice di prova sulla scheda micro:bit, spazzare il pavimento indoors / accendere fiammiferi / bruciare in sicurezza una piccola quantità di carta per produrre evidenti particelle PM2.5: queste verranno rilevate dal sensore PM2.5 e la loro concentrazione sarà mostrata in tempo reale sull’OLED.

Quando la concentrazione rilevata delle particelle di polvere PM2.5 supera 500ug/m³, la matrice 5×5 LED mostra e l’altoparlante emette un allarme. Dopo 1 secondo, il modulo di atomizzazione spruzza una nebbia d’acqua. Altrimenti, la matrice 5×5 LED mostra , l’altoparlante non suona e il modulo di atomizzazione non funziona.

Valori rilevati su OLED	Qualità dell’aria
0-75	Eccellente
75-150	Ottima
150-300	Buona
300-1050	Normale
1050-3000	Scarsa
3000 +	Molto scarsa

⚠️ Nota: i mattoncini da costruzione usati nell’esperimento non sono inclusi in questo kit.

(Suggerimento: Se non si osserva alcun risultato, premere il pulsante di reset della scheda micro:bit.)