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產(chǎn)品與應(yīng)用

以力學(xué)起步融合多物理技術(shù)發(fā)展多品種傳感器
激光粉塵傳感器PM2004

激光粉塵傳感器PM2004

產(chǎn)品類型： PM2.5粉塵顆粒物體傳感器

產(chǎn)品型號： PM2004

聲明： 柯力傳感保留更改產(chǎn)品設(shè)計、規(guī)格、參數(shù)的權(quán)利及資料信息的最終 解釋權(quán)。欲了解更多關(guān)于柯力產(chǎn)品的信息，請致電柯力公司，索取更多詳 細(xì)的技術(shù)資料。

產(chǎn)品詳細(xì)信息

PM2004產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖+實拍圖.jpg

1.產(chǎn)品概述

1.1  檢測原理

采用激光散射原理，即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生散射，同時在某一特定角度收集散射光，得到散射光強隨時間變化的曲線，進(jìn)而微處理器利用基于米氏(MIE)理論的算法，得出顆粒物的等效粒徑及單位體積內(nèi)不同粒徑的顆粒物數(shù)量

1.2  產(chǎn)品說明

PM2004 激光粉塵傳感器是一款數(shù)字式通用顆粒物濃度傳感器，可以用于獲得單位體積內(nèi)空氣中懸浮顆粒物即PM1.0、PM2.5、PM10的個數(shù)及質(zhì)量(μg/m3)，并以數(shù)字接口形式輸出。本傳感器可嵌入各種與空氣中懸浮顆粒物濃度相關(guān)的儀器儀表或環(huán)境改善設(shè)備，為其提供及時準(zhǔn)確的濃度數(shù)據(jù)。

2.產(chǎn)品特點

 最小分辨粒徑0.3微米

 全方位屏蔽設(shè)計，抗靜電干擾

 使用壽命長、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)穩(wěn)定

 12mm超薄厚度，體積小巧

3.主要應(yīng)用

 空氣凈化器、空氣檢測儀

 新風(fēng)換氣系統(tǒng)、空調(diào)

 抽油煙機、智能家居設(shè)備

 空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備、便攜式儀表

 醫(yī)院、酒店、學(xué)校等公共場所


4.技術(shù)指標(biāo)

電氣參數(shù)

技術(shù)指標(biāo)

檢測類型

PM2.5、PM10、PM1.0個數(shù)及質(zhì)量(μg/m3)

檢測范圍

0~1000μg/m3 (可擴展)

檢測精度

最小分辨率

1μg/m3

數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度

0~100μg/m3: ±10μg/m3

 

101~1000μg/m3: ±10%reading

批量一致性

≥90%

工作電壓

DC 5V±0.1V

工作電流

≤100mA (@5V供電)

待機電流

≤200μA (@5V供電)

穩(wěn)定時間

≤8s

檢測頻率

數(shù)據(jù)每秒更新1次 (默認(rèn))

輸出方式

默認(rèn)輸出

UART (3.3V_TTL電平)

預(yù)留

IIC、DAC、PWM (默認(rèn)關(guān)閉)

使用壽命

＞40000小時 (連續(xù)工作)

參考尺寸

48.0x38.0x12.0 mm

圖表1

環(huán)境參數(shù)

技術(shù)指標(biāo)

工作溫度

-10℃～50℃

工作濕度

0～99%RH (無凝結(jié))

儲存溫度

-30℃～ 60℃

儲存濕度

0～99%RH (無凝結(jié))

圖表2

image.png

5.管腳定義


圖表3 插座間距1.25mm

PIN

定義

說明

01

VCC

功率輸入 +5V

 

02

GND

接地端子

03

SET

設(shè)置 高電平或懸空為正常工作狀態(tài)，低電平為休眠模式

04

RXD/SDA

UART-RXD / IIC-SDA (數(shù)據(jù)輸入 @3.3V/5V)

05

TXD/SCL

UART-TXD / IIC-SCL (數(shù)據(jù)輸出 @3.3V/5V)

06

RESET

模塊復(fù)位信號(低電平 @3.3V)

07

DAC

模擬電壓 (默認(rèn)關(guān)閉)

08

PWM

默認(rèn)關(guān)閉

圖表4


6.典型應(yīng)用電路

6.11  UART通訊協(xié)議(默認(rèn))

image.png 

圖表5

6.12  UART通用設(shè)置

9.1  UART通用設(shè)置

波特率

9600

數(shù)據(jù)位

8 bits

 

停止位

1 bit

校驗位

無

圖表6


 

6.13  UART數(shù)據(jù)定義

9.1  UART通用設(shè)置

數(shù)據(jù)

定義

起始符1

0x42(固定)

起始符2

0x4d(固定)

 

4d4

幀長度 高八位+低八位

幀長度=2×13+2(數(shù)據(jù)+校驗位)

數(shù)據(jù)01高八位+低八位

PM1.0濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)02高八位+低八位

PM2.5濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)03高八位+低八位

PM10濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)04高八位+低八位

PM1.0濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)05高八位+低八位

PM2.5濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)06高八位+低八位

PM10濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

數(shù)據(jù)07高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 0.3μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)08高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 0.5μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)09高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 1.0μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)10高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 2.5μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)11高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 5.0μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)12高八位+低八位

0.1 升空氣中直徑在 10μm 以上的顆粒物個數(shù)

數(shù)據(jù)13高八位+低八位

預(yù)留

數(shù)據(jù)和校驗 高八位+低八位

校驗碼=起始符1+起始符2+……+數(shù)據(jù)13低八位

圖表7

 


設(shè)置主動上傳，命令行格式如下：

控制命令

數(shù)據(jù)頭碼

CMD

校驗和

1

2

3

4

5

6

7

被動上報模式

0x43

0x4d

0xe1

0x00

0x00

0x01

0x71

主動上報模式

0x43

0x4d

0xe1

0x00

0x01

0x01

0x72

主機讀取數(shù)據(jù)

0x43

0x4d

0xe2

0x00

0x00

0x01

0x72

傳感器開機

0x43

0x4d

0xe3

0x00

0x01

0x01

0x75

傳感器待機

0x43

0x4d

0xe4

0x00

0x00

0x01

0x74

*被動模式在讀取時才上報，主動模式0.5s上報一次

圖表8

6.14  UART主動上傳 校驗算法

主動上傳數(shù)據(jù)幀的校驗值計算示例：

數(shù)據(jù)幀：42 4D 00 1C 00 54 00 6E 00 7C 00 54 00 6E 00 7C

數(shù)據(jù)幀：00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 03 27

校驗值

=0x42+0x4D+0x00+0x1C+0x00+0x54+0x00+0x6E+0x00+0x7C

+0x00+0x54+0x00+0x6E+0x00+0x7C+0x00+0x00+0x00+0x00

+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00+0x00

= 0x0327

校驗值的高八位 0x03 放在數(shù)據(jù)幀的第 31 字節(jié)

校驗值的低八位 0x27 放在數(shù)據(jù)幀的第 32 字節(jié)

圖表9


6.15  UART問答模式 校驗算法

問答模式下傳感器返回數(shù)據(jù)示例“FF 86 00 47 00 C7 03 0F 5A”

校驗值 = 0x86 + 0x00 + 0x47 + 0x00 + 0xC7 + 0x03 + 0x0F

= 0xA6（僅保留低 8 位）

= 0x59（取反）

= 0x5A（加 1）

    示例代碼：

/**********************************************************************

* 函數(shù)名: unsigned char FucCheckSum(unsigned char *i, unsigned char ln)

* 功能描述:求和校驗（取發(fā)送、接收協(xié)議的1\2\3\4\5\6\7的和取反+1）

* 函數(shù)說明:將數(shù)組的元素1-倒數(shù)第二個元素相加后取反+1（元素個數(shù)必須大于2）

**********************************************************************/

unsigned char FucCheckSum(unsigned char *i, unsigned char ln)

{

unsigned char j,tempq=0;

i+=1;

for(j=0;j<(ln-2);j++)

{

tempq+=*i;

i++;

}

tempq=(~tempq)+1;

return(temp


image.png

圖表10  IIC電路應(yīng)用

6.22  IIC常用通訊術(shù)語

START

啟動信號

主控板發(fā)送

STOP

停止信號

主控板發(fā)送

ACK

應(yīng)答信號

主控板或傳感器發(fā)送

NACK

非應(yīng)答信號

主控板發(fā)送

圖表11

6.23  協(xié)議格式

 主控板發(fā)送待機命令（0XFD），進(jìn)入低功耗模式

START + 地址（0XA0）+ACK+命令（0XFD）+ACK+STOP

 主控板發(fā)送開機命令（0XFE），重新進(jìn)入工作模式

START + 地址（0XA0）+ACK+命令（0XFE）+ACK+STOP

 主控板讀取傳感器模塊數(shù)據(jù)命令，兩種模式:

僅發(fā)送模塊地址

START + 地址（0XA1）+ACK+寄存器00+ACK+寄存器01+ACK+寄存器02+……+寄存器32+NACK+STOP

 

發(fā)送模塊地址+寄存器地址

START+地址（0XA0）+ACK +命令（0X00）+ACK+START+地址（0XA1）+ACK+寄存器00+ACK+寄存器01+ACK+寄存器02+……+寄存器32+NACK+STOP

6.24  IIC數(shù)據(jù)定義

寄存器地址

數(shù)據(jù)位

數(shù)據(jù)定義

高八位

低八位

0x00

0x01

起始符

0x42(固定)  0x4d(固定)

0x02

0x03

幀長度

幀長度=2×13+2(數(shù)據(jù)+校驗位)

0x04

0x05

數(shù)據(jù)01

PM1.0濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

0x06

0x07

數(shù)據(jù)02

PM2.5濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

0x08

0x09

數(shù)據(jù)03

PM10濃度(CF=1,標(biāo)準(zhǔn)顆粒物,單位:μg /m3)

0x0a

0x0b

數(shù)據(jù)04

PM1.0濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

0x0c

0x0d

數(shù)據(jù)05

PM2.5濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

0x0e

0x0f

數(shù)據(jù)06

PM10濃度(大氣環(huán)境下,單位:μg /m3)

0x10

0x11

數(shù)據(jù)07

0.1 升空氣中直徑在 0.3μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x12

0x13

數(shù)據(jù)08

0.1 升空氣中直徑在 0.5μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x14

0x15

數(shù)據(jù)09

0.1 升空氣中直徑在 1.0μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x16

0x17

數(shù)據(jù)10

0.1 升空氣中直徑在 2.5μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x18

0x19

數(shù)據(jù)11

0.1 升空氣中直徑在 5.0μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x1a

0x1b

數(shù)據(jù)12

0.1 升空氣中直徑在 10μm 以上的顆粒物個數(shù)

0x1c

0x1d

數(shù)據(jù)13

保留，默認(rèn)為0

0x1e

0x1f

數(shù)據(jù)和校驗

校驗碼=起始符1+起始符2+……+數(shù)據(jù)13低八位

圖表12


 

6.3  DAC通訊協(xié)議(預(yù)留)

DAC電壓0.4~2V 對應(yīng)0~滿量程，線性輸出；默認(rèn)輸出pm2.5 (μg/m3)

例：量程為0~1000μg/m3，DAC輸出1.2V，對應(yīng)pm2.5濃度為：500μg/m3

圖表13

6.4  PWM通訊協(xié)議(預(yù)留)

假設(shè)測量范圍為 0～1000 μg/m3，測量類型：pm2.5

濃度輸出范圍

0～1000 μg/m3

周期

1000ms±5%

周期起始段高電平輸出

200us（理論值）

中部周期高電平輸出

1000ms±5％

周期結(jié)束段低電平輸出

200us（理論值）

通過PWM獲得當(dāng)前濃度值的計算公式：P(ug/m3)=1000×(TH)/(TH+TL)

TH為一個輸出周期中輸出為高電平的時間，TL為低電平的時間

image.png


7.外觀尺寸

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8.可靠性測試

image.png

image.png

測試項目

試驗條件

標(biāo)準(zhǔn)

樣品數(shù)量 : N

缺陷數(shù)量 : C

低溫儲存

將傳感器放在-30±2℃的環(huán)境中不通電貯存72小時后置于常溫環(huán)境下測量其誤差。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

高溫儲存

將傳感器放在60±2℃的環(huán)境中不通電貯存72小時后置于常溫環(huán)境下測量其誤差。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

低溫工作

將傳感器置于-10±2℃的低溫環(huán)境中，施加額定電壓，工作72小時，然后置于常溫環(huán)境下測量傳感器的測量誤差。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

高溫工作

將傳感器置于50±2℃的高溫環(huán)境中，施加額定電壓，工作72小時，然后置于常溫環(huán)境下測量傳感器的測量誤差。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

高低溫沖擊

在-30℃保持60分鐘后，10s內(nèi)切換到60℃再保持60分鐘，重復(fù)循環(huán)10次。在測試期間，樣品不通電。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

高溫高濕工作

將傳感器放置在 45±2℃, 90±5%RH的環(huán)境中, 通以最大電壓(可接受的工作電壓范圍內(nèi))工作72小時。

常溫環(huán)境中恢復(fù)2小時后，傳感器應(yīng)能正常工作。

N=5

C=0

鹽霧試驗

根據(jù)GB/T2423.17，將傳感器置于35℃的鹽霧箱中，用5%氯化鈉鹽水噴灑24小時。實驗后，用蒸餾水洗滌，用空氣吹干。

在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，恢復(fù)應(yīng)不小于1h，不大于2h，外觀應(yīng)無不良和腐蝕。

N=2

C=0

振動

在X / Y / Z軸裸機應(yīng)能承受以下條件的振動測試:

頻率范圍：10~55~10Hz/min；

振幅：1.5mm；

掃描周期：2H

測試后，外觀應(yīng)無不良。傳感器滿足基本性能測試標(biāo)準(zhǔn)。

N=4

C=0

包裝跌落

下落高度：根據(jù)GB/T4857.18規(guī)定的重量高度來設(shè)定高度。按照GB/T4857.5包裝運輸包裝跌落試驗方法進(jìn)行試驗。跌落試驗順序為一角、三楞、六面。

包裝跌落試驗后，傳感器應(yīng)無不良外觀，無部件脫落，傳感器應(yīng)正常工作。

N=1 箱

C=0

圖表18


9.注意事項

傳感器必須垂直安裝，確保入口和出口保持暢通，避免強氣流。

遠(yuǎn)離人工氣流如風(fēng)扇，如當(dāng)用于空氣清新機時，風(fēng)扇的前方和后方都不能安裝，可任選外殼一側(cè)安裝，但外殼上要保留通風(fēng)口以保證外部氣流可以流進(jìn)來。

安裝時要避免粘性粒子如油類進(jìn)入傳感器，當(dāng)這種粒子粘在光學(xué)部件上將會產(chǎn)生故障。

潮濕，否則會壞掉。

避免在室外操作或塵土飛揚的環(huán)境中操作。

 本產(chǎn)品外殼金屬部分與內(nèi)部電路板的直流地連接，如果人直接觸碰整機的直流地會出現(xiàn)安全問題，因此需要將傳感器安裝在人體不能直接觸碰到的位置，且只有斷電后才能觸碰到傳感器。