Arduino移动式城市环境信息采集器.docx

Arduino移动式城市环境信息采集器.docx

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Arduino移动式城市环境信息采集器

仪器能够采集：

∙温度

∙湿度

∙CO2浓度

∙O3浓度

∙光照强度

∙人流量

∙大于1微米空气悬浮粒子

∙大于2.5微米空气悬浮粒子

∙日期时间

∙位置信息

全部配件包括：

∙arduinoUNO核心板1块

∙SD卡模块1个及SD卡1张（容量不限，但由于FAT16文件分区格式的限制单个分区应小于2G）

∙SHT10温湿度传感器1个

∙BH1750FVI光照传感器1个

∙MG811二氧化碳（CO2）传感器（无需底板）1个

∙MQ131臭氧（O3）传感器（无需底板）1个

∙七星座2个

∙DSM501A粉尘传感器1个

∙SIRFIIGPS模块1个

∙HC-SR501人体红外感应模块1个

∙0.5A单锂电池充电、升压板（保护+充电+升压+充电指示）  1块

∙606168P聚合物锂电池3.7V2800mAH1块

∙CA3140阻抗变换1个

∙二极管1N40071个

∙3mm发光二极管LED绿（颜色随意）1个

∙电容10nF（104贴片）1个

∙电阻2201个、10K（104贴片）1个、22K1个、10K2个、1K1个

∙双面洞洞板2×8cm1块

∙单排针间距2.54mm高11mm和高17mm若干

∙彩色杜邦线建议最短20cm若干

∙KN3-3拨动开关（六脚）1个

∙M3螺母若干

∙6+12M3铜柱子若干

∙M3螺丝包括10mm和6mm（非必需）若干

∙M3空心铜柱（非必需）若干

电路部分：

∙SD卡接法请参考：

arduino学习笔记18-SD卡读写实验

∙SHT10data脚接D8,clock脚接D9

∙BH1750FVI是I2C协议，参见：

arduino学习笔记27-DS1307RTC时钟芯片与DS18B20数字温度传感器实验中DS1307与UNO板的接法

∙MG811二氧化碳传感器阻抗变换电路如图，接A3：

∙MQ131臭氧传感器辅助电路如图，接A2：

∙DSM501A粉尘传感器接线如图，接输出1接D7，输出2接D6：

∙SIRFIIGPS模块TX接D0,RX接D1

∙HC-SR501人体红外感应模块输出接A1

∙发光二极管串联220欧姆电阻接在电源地和D2之间

∙锂电池充电、升压板与锂电池接法按板子说明连接

∙六角拨动开关一组控制仪器电源开关，一组控制锂电池充电开关，两组控制状态互斥如示意图：

∙电源供电从锂电池充电、升压板升压输出端+5v经拨动开关仪器电源一组连接到UNOVin脚；电池充电从UNO+5v输出经拨动开关仪器充电一组接到锂电池充电、升压板充电输入端

∙从锂电池充电、升压板充电输入端引出线到A0并为A0设置10K下拉电阻

∙所有传感器（除SD卡、温湿度）的+5v输入接UNOVin脚，SD卡和温湿度传感器接UNO+5v输出脚；所有传感器的GND和锂电池充电、升压板的充电输入、+5V升压输出的GND接UNOGND脚

仪器组装：

DSM501A粉尘传感器需垂直安装

仪器内部：

代码说明：

∙传感器需要预热时间，在变量warmTime中设置，这里设置为60秒

∙仪器根据inCharge变量判断系统处于采集状态或充电状态，在采集状态时如插上usb可通过arduinoIDE的串口监视实现数据显示；仪器通过arduino的usb口充电，在充电的同时可通过arduinoIDE的串口监视实现交互，如输入list命令可列出SD卡存储的数据

∙DSM501A灰尘传感器有两路输出分别对应不同的灰尘粒径检出量，检测到灰尘是在输出口产生时间不等的低脉冲，通过计算30秒内的低脉冲率和对于关系得到灰尘粒子量（请参考DSM501Adatasheet），程序中通过micros（）函数提供计时，micros（）每70分钟左右会归零，通过4294967295-  previousMillis+1得出归零前的计数加到归零后的计数上实现连续计数

∙程序通过pulseIn（）返回低脉冲时间，虽然pulseIn（）函数可以设置超时（默认1秒）但并不产生中断，代码中通过轮询pulseIn（）的返回变量的值判读pulseIn（）是否完成读取

∙人体红外线模块的脉冲电平是3.3v,通过模拟读取时设置读数大于500为有输出

∙当GPS模块可靠定位时系统状态灯常灭，采集数据时亮250ms；GPS不可靠定位时系统状态灯常亮，采集数据时灭250ms，GPS上集成电池，定位可靠与非都有日期时间输出（UTC时间，中国时区+8小时）

∙BH1750光照传感器在太阳光直接照射的情况下有可能爆表（输出为0），建议避免强光直射

关于传感器标定：

每个传感器在出厂后的性能是不同的，在实际的应用中需要进行标定。

仪器中需要标定的传感器是MG811二氧化碳、MQ131臭氧和DSM501A灰尘传感器，其它的传感器是数字输出，在出厂前经过标定。

标定方法参考：

∙MG811二氧化碳标定可参考：

...12/C02-Calibration/ 中的方法，另外二氧化碳是温室气体，特性稳定，所以在全球很长时间都是均匀分布在同一水平，全球二氧化碳实时浓度见：

http:

//co2now.org/，可以参考此网站上的值作为标定浓度之一，同时呼吁大家节能减排，减少温室气体排放

∙MQ131臭氧传感器标定需要在标准条件50ppb浓度臭氧下进行，请参考datasheet中说明

∙DSM501A灰尘传感器标定也可参考datasheet中的说明，需要注意的是DSM501A灰尘传感器测量粒子浓度与PM2.5、PM10和TSP（PM100）的检测原理和概念不同，不可混淆，只可做参考

在仪器中以上传感器均未做标定，MQ131、MG811的输出值为对应的电压值

数据采集与展示：

固定采集：

∙温湿度曲线：

∙灰尘粒子曲线：

∙气体浓度曲线：

移动采集：

∙采集路线：

∙温度分布：

∙湿度分布：

∙CO2分布：

∙1微米以上粒子：

图中红色代表高值，蓝色代表低值。