DIY 空气质量检测表

Posted 2020-08-28 liyuanbhu

DIY 空气质量检测表

前几天逛淘宝看到有空气颗粒物浓度测量的传感器，直接是 3.3V TTL 电压串口输出的，也不贵，也就 100 多一点。觉得挺好就买了个，这两天自己捣鼓了个小程序，搞了个软件界面的空气质量检测表。程序写的很简单，但是感觉这个小软件还是挺实用的，所以就写篇博客，大家用我的代码很容易就自己 DIY 一套。

硬件准备

传感器用的是 攀藤科技 PMS7003M 。除了攀藤科技，还有几家这种传感器做的应该也不错，不过我没去用过，也没仔细调研。（之所以用的这家，不过是因为在 newsmth 上看到一个帖子，有人这么用了。）这个传感器买了之后其实我就后悔了，因为我发现还有个 pm2.5、甲醛、温湿度三合一传感器 PMS5003ST。这几个功能合一起就差不多可以做完整的空气质量监控了。

下面是 PMS7003M 的照片。

这款传感器的接口非常的小，联线很费劲，所以我还买了个专用测试转接板。下面是照片。

有了这两个之后还要一根 USB 转 TTL 的转接线。淘宝上很多，随便选一根就行，成本十几块钱吧。需要注意的是USB 转 TTL 转接线上用的芯片，据说用 FT232 的质量最好，也最贵。我买时缺货，只买到了几根使用 PL2303 芯片的。到是也没用出什么毛病。

当然还要连4根线，5V、GND、TXD、RXD。需要注意的是传感器的TXD要接到转接线的RXD上，传感器的RXD要接到转接线的TXD上.

代码

传感器上电后默认状态为主动输出，即传感器主动向主机发送串行数据，时间间隔为200——800ms，空气中颗粒物浓度越高，时间间隔越短。主动输出又分为两种模式：平稳模式和快速模式。在空气中颗粒物浓度变化较小时，传感器输出为平稳模式，即每三次输出同样的一组数值，实际数据更新周期约为2s。当空气中颗粒物浓度变化较大时，传感器输出自动切换为快速模式，每次输出都是新的数值，实际数据更新周期为200——800ms。

PMS7003M 默认波特率：9600bps 校验位：无 停止位：1位
协议总长度：32字节

字节	数据
起始符1	0x42
起始符2	0x4D
帧长度高八位	帧长度=2x13+2(数据+校验位)
帧长度低八位
数据1高八位	数据1表示PM1.0浓度（CF=1，标准颗粒物）单位μg/m3
数据1低八位
数据2高八位	数据2表示PM2.5浓度（CF=1，标准颗粒物）单位μg/m3
数据2低八位
数据3高八位	数据3表示PM10浓度（CF=1，标准颗粒物）单位μg/m3
数据3低八位
数据4高八位	数据4表示PM1.0浓度（大气环境下）单位μg/m3
数据4低八位
数据5高八位	数据5表示PM2.5浓度（大气环境下）单位μg/m3
数据5低八位
数据6高八位	数据6表示PM10浓度 （大气环境下）单位μg/m3
数据6低八位
数据7高八位	数据7表示0.1升空气中直径在0.3um以上颗粒物个数
数据7低八位
数据8高八位	数据8表示0.1升空气中直径在0.5um以上颗粒物个数
数据8低八位
数据9高八位	数据9表示0.1升空气中直径在1.0um以上颗粒物个数
数据9低八位
数据10高八位	数据10表示0.1升空气中直径在2.5um以上颗粒物个数
数据10低八位
数据11高八位	数据11表示0.1升空气中直径在5.0um以上颗粒物个数
数据11低八位
数据12高八位	数据12表示0.1升空气中直径在10um以上颗粒物个数
数据12低八位
数据13高八位	版本号
数据13低八位	错误代码
数据和校验高八位	校验码=起始符1+起始符2+……..+数据13低八位
数据和校验低八位

具体的代码其实就是个串口通讯加上数据解析。需要注意的是这个传感器传回来的数据是大端的。也就是对于一个 16bit 的数据是先传高 8 位的，然后再传低 8 位。所以收到的数据需要颠倒一下。

我 Qt 用的比较熟，所以下面的代码都是 Qt (C++) 的。传感器相关的代码都封装到一个类里，类名叫 PMS7003M。下面是头文件。

#ifndef PMS7003M_H
#define PMS7003M_H
#include <QVector>
#include <QObject>
#include <QSerialPort>
#include <QSerialPortInfo>
class PMS7003M : public QObject
{
    Q_OBJECT
public:
    explicit PMS7003M(QObject *parent = 0);
    void set(unsigned char index,unsigned char input);
    QList<QString> getPortsList();

    void open(QString com);
    void close();
    QVector<int> getPM() const;
    QVector<int> getCount() const;
private:
    QSerialPort m_port;
    QVector<unsigned char> m_data;
    int m_pm1_factory;
    int m_pm25_factory;
    int m_pm10_factory;
    int m_pm1_outdoor;
    int m_pm25_outdoor;
    int m_pm10_outdoor;

    int m_count03;
    int m_count05;
    int m_count1;
    int m_count25;
    int m_count5;
    int m_count10;

    unsigned char m_lenHighByte;
    unsigned char m_lenLowByte;
    unsigned short m_length;
    unsigned short m_version;
    unsigned short m_errorno;
    enum {STATE_0X42, STATE_0X4D, STATE_FRAME_LEN_H, STATE_FRAME_LEN_L, STATE_DATA, STATE_CHECKSUM} m_state;
    void stateMachine(unsigned char x);
    bool checksum();
    void updateValue();
    int m_dataCount;
signals:
    void dataReady();
private slots:
    void readCom();

};


#endif // PMS7003M_H

之后是 cpp 文件。

#include "pms7003m.h"
#include <QDebug>
#include <QMessageBox>
PMS7003M::PMS7003M(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    m_state = STATE_0X42;
    m_data.resize(30);
    getPortsList();
}

void PMS7003M::close()
{
    m_port.close();
}

void PMS7003M::open(QString COM)
{
    m_port.setPortName(COM);
    qDebug() << "PortName:"<<m_port.portName() ;
    if(m_port.open(QIODevice::ReadWrite))
    {
        qDebug() << "m_port.open:" ;
        m_port.setBaudRate(9600);
        m_port.setParity(QSerialPort::NoParity);
        m_port.setDataBits(QSerialPort::Data8);
        m_port.setStopBits(QSerialPort::OneStop);
        m_port.setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);

        m_port.clearError();
        m_port.clear();
        connect(&m_port, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(readCom()));
    }
}

void PMS7003M::stateMachine(unsigned char x)
{
    switch(m_state)
    {
    case STATE_0X42:
        if(x == 0X42)
        {
            m_state = STATE_0X4D;
        }
        break;
    case STATE_0X4D:
        if(x == 0x4d)
        {
            m_state = STATE_FRAME_LEN_H;
        }
        else
        {
            m_state = STATE_0X42;
        }
        break;
    case STATE_FRAME_LEN_H:
        m_lenHighByte = x;
        m_state = STATE_FRAME_LEN_L;
        break;
    case STATE_FRAME_LEN_L:
        m_lenLowByte = x;
        m_length = (m_lenHighByte << 8) + m_lenLowByte;
        if(m_length == 28)
        {
            m_dataCount = 0;
            m_state = STATE_DATA;
        }
        else
        {
            m_state = STATE_0X42;
        }
        break;
    case STATE_DATA:
        m_data[m_dataCount] = x;
        m_dataCount++;
        if(m_dataCount == 28)
        {
            if(checksum())
            {
                updateValue();
                emit dataReady();
            }
            else
            {
                qDebug() << "checksum failed";
            }
            m_state = STATE_0X42;
        }
    }
}

QVector<int> PMS7003M::getPM() const
{
    QVector<int> pm;
    pm << m_pm1_factory;
    pm << m_pm25_factory;
    pm << m_pm10_factory;
    pm << m_pm1_outdoor;
    pm << m_pm25_outdoor;
    pm << m_pm10_outdoor;

    return pm;
}

QVector<int> PMS7003M::getCount() const
{
    QVector<int> count;
    count << m_count03;
    count << m_count05;
    count << m_count1;
    count << m_count25;
    count << m_count5;
    count << m_count10;
    return count;
}

void PMS7003M::updateValue()
{
    m_pm1_factory = (m_data[0] << 8) + m_data[1];
    m_pm25_factory = (m_data[2] << 8) + m_data[3];
    m_pm10_factory = (m_data[4] << 8) + m_data[5];
    m_pm1_outdoor = (m_data[6] << 8) + m_data[7];
    m_pm25_outdoor = (m_data[8] << 8) + m_data[9];
    m_pm10_outdoor = (m_data[10] << 8) + m_data[11];

    m_count03 = (m_data[12] << 8) + m_data[13];
    m_count05 = (m_data[14] << 8) + m_data[15];
    m_count1 = (m_data[16] << 8) + m_data[17];
    m_count25 = (m_data[18] << 8) + m_data[19];
    m_count5 = (m_data[20] << 8) + m_data[21];
    m_count10 = (m_data[22] << 8) + m_data[23];

    m_version = m_data[24];
    m_errorno = m_data[25];
}

bool PMS7003M::checksum()
{
    unsigned short sum = 0x42 + 0x4D + m_lenHighByte + m_lenLowByte;
    for(int i = 0; i < 26; i++)
    {
        sum += m_data[i];
    }
    if(sum == (m_data[26] << 8) + m_data[27])
    {
        return true;
    }
    return false;
}

QList<QString> PMS7003M::getPortsList()
{
    QList<QString>ports;
    foreach (const QSerialPortInfo &info, QSerialPortInfo::availablePorts())
    {
        ports.append(info.portName());
    }
    qDebug()<<"ports:"<<ports;
    return ports;
}

void PMS7003M::readCom()
{
    QByteArray data = m_port.readAll();
    for (int i = 0; i < data.size(); ++i)
    {
        stateMachine(data.at(i));
    }
    //qDebug() << "x";
}

界面代码很简单，就不贴了。下面给几个我的软件界面截图。