LinkIt ONE的Grove塵埃感測器運作

Posted By 陸向陽 on 6 月 16, 2015 in LinkIt, 單元, 評測 | 0 comments

作者：陸向陽

許多人知道，LinkIt ONE用的是聯發科的晶片，但LinkIt ONE系統板是聯發科與深圳Seeed Studio合作實現的，Seeed Studio除了設計與銷售LinkIt ONE外，其實也針對LinkIt ONE推出一個Grove起步者套件、前菜套件（Starter Kit）。

Seeed Studio其實有針對Arduino推出Grove前菜套件，也有針對Intel IoT（指Galileo、Edison）推出前菜套件，也有名為ARDX的前菜套件（針對Arduino），或者針對LinkIt ONE的Sidekick基礎套件，總之很多。

而LinkIt ONE的Grove套件，裡頭有10種感測器（大陸叫傳感器，有些則翻譯成感應器、感知器），以及一片Grove Base Shield，Base Shield這片電路板，直接與LinkIt ONE原有的類比、數位等接腳連接，而Base Shield這片電路板上有許多連接器，用來連接LinkIt ONE本有的數位輸出/輸入、類比輸入、I2C介面等。

由於Base Shield上採行一致、標準化的連接器，套件內的10個感測器也採行一致的連接頭，因此只要將感測器接到Base Shield上，就可以完成LinkIt ONE與感測器的連接，進而運作，但前提是要接到正確類型的接腳，以及接到正確的編號腳位才行。

這麼做的好處是，LinkIt ONE的初學者，不用麵包板，也不用親自剝線、複雜接線，就能夠儘快體驗、感受感測器的功效作用，對學習很方便，也很適合做概念驗證（POC）、原形品（Prototype）。

而10種感測器中，第一個被筆者相中的，是體積最大最顯眼的「粉塵傳感器/塵埃感測器/Dust Sensor」，本次就針對這個感測器的特性與運作，進行更多說明。

LinkIt ONE（底下綠色電路板）連接Grove Base Shield（上層深色電路板），而後用D8連接器連接塵埃感測器（照片前方黃色電路板）

LinkIt ONE x Dust Sensor

Seeed Studio/Grove Starter Kit for LinkIt ONE/Dust Sensor，是用一家SCA（Shinyei Corporation of America）的PPD4NS，可以量測每0.01立方英呎（約等於283毫升）的空間內，有多少個直徑大於1微米的塵埃數量。有的塵埃感測器是以每單位空間內的塵埃重量來算，但在這裡的這個感測器，是以數量來算。

直徑1微米，也讓人想到所謂PM 2.5（塵埃微粒小於2.5微米）的量測，但相關說明資料有提到，這個感測器的量測不等同於PM 2.5的量測，然顆粒大小接近，量測出來的值可略作參考。

塵埃感測器感測之後，會進行類比、數位轉換，而後再由LinkIt ONE接收數位資訊即可。雖然是數位資訊，但卻是以脈寬調變方式給予資訊，而且是以低脈波的週期時間來代表顆粒數的多寡。

也就是說，以30秒為一個週期，30秒內，塵埃感測器輸出多久時間的低電位，就表示有多少的顆粒數，低電壓準位的輸出時間，稱為Low Pulse Occupancy Time，簡稱LPO。量測的最小時間單位是1微秒。

而量測到週期時間（Duty Cycle）後再進行查表，就可以知道大致的顆粒數量，例如8%約是4,500顆，5%約是2,700顆，不過這也只是個概略值，仍有一定的正負差距。

LPO比例時間為縱軸，塵埃顆粒數為橫軸，進行查表。

上述為理論，以下為實務，要正確使用Grove塵埃感測器，首先要感測器正面朝上；然後上頭有兩個旋鈕，出廠前已經調整好，不要再去調它；之後給予感測器電力，記得給予5V電力，3.3V是不夠的，Grove Base Shield上可以切換是要給予5V電力或3.3V，請選前者。

另外，第一次使用記得先讓感測器預熱3分鐘，以及請在攝氏45度以下、濕度95度以下的環境內使用，濕度幾乎一定可行，但溫度可能要稍微注意一下。值得注意的是，感測器耗電約90mA（毫安培），約450mW（毫瓦）的耗電，若日後期望以電池運作，電池電容量與使用時間必須先估算一下。

最後很簡單，只要把感測器的紅色線路接5V，黑色線路接0V，使感測器有電力運作，並將黃色線路接LinkIt ONE的D8接腳（其他數位接腳並設定為輸入模式，也是可以）就可以了。將範例程式用Debug埠載入到LinkIt ONE後，按下重置鈕，再切換到Modem埠，打開串列監視器，設定為9600 baud、Carriage Return，就可以看到每30秒一次的塵埃顆粒值了。

串列埠監視器顯示的塵埃顆粒數，每30秒增加一行。

以下為範例程式，在GitHub上也可找到：

<pre>/* Grove - Dust Sensor Demo v1.0
Interface to Shinyei Model PPD42NS Particle Sensor
Program by Christopher Nafis
Written April 2012

http://www.seeedstudio.com/depot/grove-dust-sensor-p-1050.html
http://www.sca-shinyei.com/pdf/PPD42NS.pdf

JST Pin 1 (Black Wire) => Arduino GND
JST Pin 3 (Red wire) => Arduino 5VDC
JST Pin 4 (Yellow wire) => Arduino Digital Pin 8
*/

int pin = 8;
unsigned long duration;
unsigned long starttime;
unsigned long sampletime_ms = 30000;//sampe 30s ;
unsigned long lowpulseoccupancy = 0;
float ratio = 0;
float concentration = 0;

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(8,INPUT);
starttime = millis();//get the current time;
}

void loop() {
duration = pulseIn(pin, LOW);
lowpulseoccupancy = lowpulseoccupancy+duration;

if ((millis()-starttime) > sampletime_ms)//if the sampel time == 30s
{
ratio = lowpulseoccupancy/(sampletime_ms*10.0); // Integer percentage 0=>100
concentration = 1.1*pow(ratio,3)-3.8*pow(ratio,2)+520*ratio+0.62; // using spec sheet curve
Serial.print("concentration = ");
Serial.print(concentration);
Serial.println(" pcs/0.01cf");
Serial.println("\n");
lowpulseoccupancy = 0;
starttime = millis();
}
}</pre>