CN105527207A - 一种pm2.5传感器标定方法 - Google Patents

Abstract

一种PM2.5传感器标定方法：待标定板(1)、标定板(2)通过串口数据输入/输出接口连接；将多个待标定板(1)插入标定板(2)，并将标定板(2)放入密闭气箱中并通入一定浓度标准气体，待气箱内气体浓度稳定后开始数据采集：首先，标定板(2)中的控制器向PM2.5传感器发送周期为0.32ms的脉宽调制信号，然后控制器在0.28ms后读取PM2.5传感器模块的电压值并将其作为采样值作为标定的基础数据；然后将标定板(2)移出，通入纯净空气；待气箱内气体浓度稳定后通入一定浓度的标准气体，验证标定结果。本发明方法简单、易于操作。大大有利于保证PM2.5传感器的精度。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Description

一种PM2.5传感器标定方法

技术领域

本发明涉及传感器标定与应用技术领域，特别提供了一种PM2.5传感器的标定方法。

背景技术

现有技术中，PM2.5模块的应用非常广泛，在国民经济和社会各项事业中占有越来也重要的作用。但在实际工程应用过程中，相关技术仍不够成熟，现有PM2.5传感器精度通常较低，人们亟待解决其标定问题以便提高其精度。

发明内容

本发明目的是提出一种PM2.5传感器标定方法，以便提高其精度。

本发明一种PM2.5传感器标定方法，目标要求为：传感器测量范围：0～500ug/m³，传感器重复精度：±10％；其特征在于：

所述PM2.5传感器标定方法标定传感器具体使用标定板2对待标定板1进行标定操作；其中：

待标定板1由控制芯片、模拟信号输入/输出接口、串口数据输入/输出接口、程序下载输入接口构成，其中：后三者都与控制芯片连接；待标定板1与待标定的PM2.5传感器连接固定为一体；待标定板1还应具有下述软件功能：满足下述串口协议：A.当前数值，B.初始化，C.量程，D.工作模式：模式1(主动模式)、模式2(自动模式)E.出错信息等；待标定板1具有串口输出和模拟量输出功能，其中模拟量输出的范围为0.1～3.225V；

串口输出的工作模式分为模式1和模式2；在模式1中，待标定板1每2s自动报数一次；在模式2(此模式也为默认模式)中，待标定板1一直等待串口的命令，待标定板1根据串口的命令返回相应的数值；

标定板2构成如下：控制器、显示屏、串口数据输入/输出接口、控制按钮(可以进行输入、发送等控制动作)；控制器连接着显示屏、控制按钮，控制器同时通过串口数据输入/输出接口；

其中：显示屏、控制按钮分别与控制器连接；串口数据输入/输出接口连接着待标定板1和标定板2；控制器具体为单片机或者PLC或二者的组合；

控制按钮具体设置有三个按钮：向上按钮、向下按钮、标定按钮；其中：向上按钮、向下按钮作用是使标定数值增大或减小；当按下标定按钮时，标定板2会开始标定待标定板1，标定结束后显示屏上显示标定结果；

所述PM2.5传感器标定方法要求如下：

将待标定板1、标定板2通过串口数据输入/输出接口连接；

将多个待标定板1插入标定板2，并将标定板2放入气箱中，气箱中通入一定浓度的标准气体(默认浓度f_c为200ppm)；待稳定后按下开始按钮，或输入f_c的值后，点击开始按钮开始数据采集：首先，标定板2中的控制器先向PM2.5传感器发送周期为0.32ms的脉宽调制信号，随后控制器在一个确定时刻即0.28ms后读取PM2.5传感器模块的电压值；读取到的电压值作为采样值并成为随后标定的基础数据；

然后将标定板2移出，通入纯净空气；待稳定后通入一定浓度的标准气体，验证标定结果。

所述PM2.5传感器标定方法，其特征在于：

所述PM2.5传感器标定方法中，V_oc的值的取值范围为0～1.5V；

确定V_oc的值，必须先确定一条直线，设该直线与坐标轴Y轴交点为(0，V_oc)；确定前述直线必须要两个确定的点，那其中一点：(500，3.7)是固定的，则直线的另外一点(0，V_oc)的确定方式满足如下要求：

首先，把产品板放到通有一定浓度的标准气体中的密闭容器中，所述标准气体的浓度为200ppm；然后，将目标值通过控制按钮中的向上按钮、向下按钮调整至浓度值为200ppm，再然后，按下标定按钮，标定板2在控制器控制下运行软件，开始标定；

PM2.5传感器采样根据下述算法计算得到电压值：

$V=\left(\frac{\left(float\right)f_{ADCX}*4.096}{1023}\right)$

上式中各符号的含义：f_ADCX为采样值；4.096V为满量程的电压值；1023为满量程的采样值；float为单精度浮点数，(float)为将目前的值转化为浮点数值；

V_oc数值标定前默认为0.6。

通过下述公式计算所需标准气体的浓度f_temp：

$f_{temp}=\left(float\right)\left(\frac{500}{3.4-V_{oc}}\right)*(V_0-V_{oc})$

上式中各符号的含义：500为浓度的满量程值；3.4为电压的满量程值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值；V₀为通入一定浓度气体后的传感器的电压值；

标定时要求根据不同设备的差异修改V_oc值，以达到同步一致性的目的；通过以下公式计算V_oc值：

$\frac{3.4-V_0}{500-f_c}=\frac{V_0-V_{oc}}{f_c}$

$V_{oc}=\frac{500V_0-3.4f_c}{500-f_c}$

上式中各符号的含义：V₀为通入一定浓度气体后(如200ppm)的传感器的电压值；f_c为通入气体的浓度值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值，f_c为200ppm；V₀为200ppm下的电压值；

标定完成后，在各产品板对应位置显示标定结果；

即根据最后的V_oc表达式，需要输入V₀、f_c的值，以求解问题。

标定原理说明：标定主要是为了确定V_oc点的数值，对于每个传感器来说，该数值会有差异。

本发明所述标定方法包括两种板：PM2.5产品板即待标定板1和PM2.5标定板(本发明中简称为标定板2)；参照附图1(图1为总体关系简图)，待标定板1与标定板2通过串口进行通信。

对图2的说明：

1、PM2.5产品板与外部板通过串口通信；

2、PM2.5产品板输出模拟量；

3、MCU1与PM2.5模块按如下方式进行通信：MCU1向PM2.5模块发送PWM信号(周期为0.32ms)，然后MCU1在一个确定时刻(0.28ms)读取PM2.5模块的电压值。

图2、图3中两个MCU型号不同，分别为MCU1和MCU2。

对图3的说明：

1、MCU2通过检测不同的电压，来判断如何操作按键调整参数；

2、目标值显示与MCU2通过I2C总线进行通信；

3、PM2.5产品板显示读数与MCU2通过I2C总线进行通信，标定结果也通过此显示部分显示。

本发明的优点：填补了技术空白，所述方法简单、容易操作。标定可以明显提高技术效果，大大有利于保证PM2.5传感器的精度。本标定方法，改变了PM2.5传感器的标定方法，改善了PM2.5传感器的精度。可以应用于同类型的PM2.5传感器的标定。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为PM2.5传感器标定方法总体应用原理关系简图即标定板2和待标定板1通过串口通信的关系原理图；

图2为实施例1中PM2.5产品板即待标定板1的原理图；

图3为实施例1中标定板2的原理图。

具体实施方式

实施例1

一种PM2.5传感器标定方法，目标要求为：传感器测量范围：0～500ug/m³，传感器重复精度：±10％；

所述PM2.5传感器标定方法标定传感器具体使用标定板2对待标定板1进行标定操作；其中：

待标定板1由控制芯片、模拟信号输入/出接口、串口数据入/出接口、程序下载输入接口构成，其中：后三者都与控制芯片连接；待标定板1与待标定的PM2.5传感器连接固定为一体；待标定板1还应具有下述软件功能：满足下述串口协议：A.当前数值，B.初始化，C.量程，D.工作模式：模式1(主动模式)、模式2(自动模式)，E.出错信息等；待标定板1具有串口输出和模拟量输出功能，其中模拟量输出的范围为0.1V～3.225V；

串口输出的工作模式分为模式1和模式2；在模式1中，待标定板1每2s自动报数一次；在模式2(该模式为默认模式)中，待标定板1一直等待串口的命令，待标定板1根据串口的命令返回相应的数值；

标定板2构成如下：控制器、显示屏、串口数据输入/输出接口、控制按钮(可以进行输入、发送等控制动作)；控制器连接着显示屏、控制按钮，控制器同时通过串口数据输入/输出接口；

其中：显示屏、控制按钮分别与控制器连接；串口数据输入/输出接口连接着待标定板1和标定板2；控制器具体为单片机或者PLC或二者的组合；

控制按钮具体设置有三个按钮：向上按钮、向下按钮、标定按钮；其中：向上按钮、向下按钮作用是使标定数值增大或减小；当按下标定按钮时，标定板2会开始标定待标定板1，标定结束后显示屏上显示标定结果；

所述PM2.5传感器标定方法要求如下：

将待标定板1、标定板2通过串口数据输入/输出接口连接；

将多个待标定板1插入标定板2，并将标定板2放入气箱中，气箱中通入固定浓度的标准气体，(默认浓度f_c为200ppm)；待稳定后按下开始按钮，或输入f_c的值后，点击开始按钮开始数据采集：首先，标定板2中的控制器先向PM2.5传感器发送周期为0.32ms的脉宽调制信号，随后控制器在一个确定时刻即0.28ms后读取PM2.5传感器模块的电压值；读取到的电压值作为采样值并成为随后标定的基础数据；

然后将标定板2移出，通入纯净空气；待稳定后通入一定浓度的标准气体，验证标定结果。

所述PM2.5传感器标定方法中，V_oc的值的取值范围为0～1.5V；

确定V_oc，必须先确定一直线，此直线与坐标轴Y轴必经过一个确定点，该点为(0，V_oc)；确定前述直线必须要两个确定的点，那其中一点：(500，3.7)是固定的，直线的另外一点(0，V_oc)的确定方式满足如下要求：

首先，把产品板放到充满一定浓度的标准气体密闭容器中，所述标准气体的浓度为200ppm；然后，将目标值显示通过控制按钮中的向上按钮、向下按钮调整至此浓度200ppm，再然后，按下标定按钮，标定板2在控制器控制下运行软件，开始标定；

PM2.5传感器采样根据下述算法计算得到电压值：

$V=\left(\frac{\left(float\right)f_{ADCX}*4.096}{1023}\right)$

上式中各符号的含义：f_ADCX为采样值；4.096V为满量程的电压值；1023为满量程的采样值；float为单精度浮点数，(float)为将目前的值转化为浮点数值；

通过下述公式计算所需标准气体的浓度f_temp：

$f_{temp}=\left(float\right)\left(\frac{500}{3.4-V_{oc}}\right)*(V_0-V_{oc})$

上式中各符号的含义：500为浓度的满量程值；3.4为电压的满量程值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值；V₀为通入一定气体后的传感器的电压值；

标定时要求根据不同设备的差异修改V_oc值，以达到同步一致性的目的；通过以下公式计算V_oc值：

$\frac{3.4-V_0}{500-f_c}=\frac{V_0-V_{oc}}{f_c}$

$V_{oc}=\frac{500V_0-3.4f_c}{500-f_c}$

上式中各符号的含义：V₀为通入一定浓度气体后(如200ppm)的传感器的电压值；f_c为通入气体的浓度值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值，f_c为200ppm；V₀为200ppm下的电压值；

标定完成后，在各产品板对应位置显示标定结果；

即根据最后的V_oc表达式，需要输入V₀、f_c的值，以求解问题。

标定原理说明：标定主要是为了确定V_oc点的数值，对于每个传感器来说，该数值会有差异。

本实施例所述标定方法包括两种板：PM2.5产品板即待标定板1和PM2.5标定板(本发明中简称为标定板2)；参照附图1(图1为总体关系简图)，待标定板1与标定板2通过串口进行通信。

对图2的说明：

图2为实施例1中PM2.5产品板即待标定板1的原理图；

其工作原理比较简单，即MCU1先读取PM2.5传感器的数值，随后依照读取的数值，输出模拟量或输出串口数值。其中，模拟量输出，为了使产品的输出电阻为零或趋于零，加入了一个电压跟随放大器。系统的详细功能如下：

1、PM2.5产品板与外部板通过串口通信；

2、PM2.5产品板输出模拟量；

3、MCU1与PM2.5模块按如下方式进行通信：MCU1先向PM2.5模块发送PWM信号(周期为0.32ms)，然后MCU1在一个确定时刻(0.28ms)读取PM2.5模块的电压值。

对图3的说明：图3为实施例1中标定板2的原理图。

其工作原理也比较简单，首先显示目标值，目标值的显示是通过数码管显示的，其与MCU2之间的通信协议为I2C协议。其次，PM2.5产品板显示读数也是通过数码管显示的，其与MCU2之间的通信协议也为I2C协议。再次，MCU2与待标定板通信，主要有两个作用：读取每个PM2.5模块的数值；标定完成后，将V_oc的数值写入每个PM2.5模块。最后，标定板的按键板上有向上、向下、标定三个按钮。其中，向上、向下按钮是使标定数值增大或减小。标定按钮按下后，标定板进入标定状态。

1、MCU2通过检测不同的电压，来判断如何操作按键调整参数；

2、目标值显示与MCU通过I2C总线进行通信；

3、PM2.5产品板显示读数与MCU2通过I2C总线进行通信，标定结果也通过此显示部分显示。

补充的原理说明：

1、由上面列表得知V_oc的值的取值范围为0～1.5V，这一点是不确定的点，对每个PM2.5传感器都是不同的。

2、确定V_oc，必须先确定一直线，只要直线确定，则该直线与坐标轴Y轴，必经过一个确定点，该点为(0,V_oc)。

3、确定一直线必须要两个确定的点，那其中一点：(500，3.7)已确定。

4、直线的另外一点的确定方式：

A.把PM2.5产品板即待标定板1放入一定浓度(本例中浓度为200ppm)的标准气体，此浓度值通过标准设备精密测得。

B.将目标值显示通过按键板的向上、向下按键调整至此浓度(200ppm)；

C.按标定按钮，标定板开始标定。

然后运行软件开始标定：

即参照公式：

$V_{oc}=\frac{500V_0-3.4f_c}{500-f_c}$

上式中：V₀为通入一定浓度气体后(如200ppm)的传感器的电压值；f_c为通入气体的浓度值；

标定完成后，在显示每个产品板数值的位置显示标定结果。

本实施例的优点：本方法填补了技术空白，所述方法简单、容易操作。标定可以明显提高技术效果，大大有利于保证PM2.5传感器的精度。本标定方法，改变了PM2.5传感器的标定方法，改善了PM2.5传感器的精度。可以应用于同类型的PM2.5传感器的标定。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Claims (2)

1.一种PM2.5传感器标定方法，目标要求为：传感器测量范围：0～500ug/m³，传感器重复精度：±10％；其特征在于：

所述PM2.5传感器标定方法标定传感器具体使用标定板(2)对待标定板(1)进行标定操作；其中：

待标定板(1)由控制芯片、模拟信号输入/输出接口、串口数据输入/输出接口、程序下载输入接口构成，其中：后三者都与控制芯片连接；待标定板(1)与待标定的PM2.5传感器连接固定为一体；待标定板(1)具有串口输出和模拟量输出功能，其中模拟量输出的范围为0.1～3.225V；

串口输出的工作模式分为模式1和模式2；在模式1中，待标定板(1)每2s自动报数一次；在模式2中，待标定板(1)一直等待串口的命令，待标定板(1)根据串口的命令返回相应的数值；

标定板(2)构成如下：控制器、显示屏、串口数据输入/输出接口、控制按钮；控制器连接着显示屏、控制按钮，控制器同时通过串口数据输入/输出接口；

其中：显示屏、控制按钮分别与控制器连接；串口数据输入/输出接口连接着待标定板(1)和标定板(2)；控制器具体为单片机或者PLC或二者的组合；

控制按钮具体设置有三个按钮：向上按钮、向下按钮、标定按钮；其中：向上按钮、向下按钮作用是使标定数值增大或减小；当按下标定按钮时，标定板(2)会开始标定待标定板(1)，标定结束后显示屏上显示标定结果；

所述PM2.5传感器标定方法要求如下：

将待标定板(1)、标定板(2)通过串口数据输入/输出接口连接；

将多个待标定板(1)插入标定板(2)，并将标定板(2)放入气箱中，气箱中通入一定浓度的标准气体，待稳定后开始数据采集：首先，标定板(2)中的控制器先向PM2.5传感器发送周期为0.32ms的脉宽调制信号，随后控制器在一个确定时刻即0.28ms后读取PM2.5传感器模块的电压值；读取到的电压值作为采样值并成为随后标定的基础数据；

然后将标定板(2)移出，通入纯净空气；待稳定后通入一定浓度的标准气体，验证标定结果。

2.按照权利要求1所述PM2.5传感器标定方法，其特征在于：

所述PM2.5传感器标定方法中，V_oc的值的取值范围为0～1.5V；

确定V_oc的值，必须先确定一条直线，设该直线与Y轴交点为(0，V_oc)，另一已知点(500，3.7)，则(0，V_oc)的确定方式满足如下要求：

首先，把产品板放到通有一定浓度的标准气体的密闭容器中，所述标准气体的浓度为200ppm；然后，将目标值通过控制按钮中的向上按钮、向下按钮调整至200ppm，再然后，按下标定按钮，标定板(2)在控制器控制下运行软件，开始标定；

PM2.5传感器采样根据下述算法计算得到电压值：

$V=\left(\frac{\left(float\right)f_{ADCX}*4.096}{1023}\right)$

上式中各符号的含义：f_ADCX为采样值；4.096V为满量程的电压值；1023为满量程的采样值；float为单精度浮点数，(float)为将目前的值转化为浮点数值；

通过下述公式计算所需标准气体的浓度f_temp：

$f_{temp}=\left(float\right)\left(\frac{500}{3.4-V_{oc}}\right)*(V_0-V_{oc})$

上式中各符号的含义：500为浓度的满量程值；3.4为电压的满量程值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值；V₀为通入一定浓度气体后的传感器的电压值；

标定时要求根据不同设备的差异修改V_oc值，以达到同步一致性的目的；通过以下公式计算V_oc值：

$\frac{3.4-V_0}{500-f_c}=\frac{V_0-V_{oc}}{f_c}$

$V_{oc}=\frac{500V_0-3.4f_c}{500-f_c}$

上式中各符号的含义：V₀为通入一定浓度气体后(如200ppm)的传感器的电压值；f_c为通入气体的浓度值；V_oc为浓度为0时的传感器的电压值，f_c为200ppm；V₀为200ppm下的电压值；

标定完成后，在各产品板对应位置显示标定结果；

即根据最后的V_oc表达式，需要输入V₀、f_c的值，以求解问题。