CN105628569A - 一种pm2.5传感器的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PM2.5传感器的控制方法，包括：产生PWM控制信号，按设置的周期读取PM2.5传感器输出的电压值；根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；根据空气质量的判断结果设置PWM周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对PWM周期进行调整。本发明还提供一种PM2.5传感器的控制装置，包括PWM产生模块、PM2.5传感器模块、PM2.5浓度计算模块、PM2.5浓度判断模块、PWM设置模块。本发明获得的有益效果是：通过间歇式的工作方式来提高PM2.5传感器发光源有效使用效率，在保证采样精度的前提条件下，降低PM2.5传感器发光源持续使用时间，从而延长其使用寿命、降低应用成本。

Description

一种PM2.5传感器的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及PM2.5检测技术领域，尤其涉及一种PM2.5传感器的控制方法及装置。

背景技术

PM2.5传感器是用来检测周围环境空气中PM2.5浓度的设备，PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的细颗粒物。

现有的PM2.5检测仪、空气净化器和新风系统等空气质量监测和净化装置，利用PM2.5传感器来检测空气中的粉尘浓度。常用的粉尘传感器主要采用光散射法检测，按照光源的不同可分为红外传感器和激光传感器两种。因为红外LED光散射的颗粒信号较弱，故只能检测到1um以上的颗粒。激光传感器由于可以检测到0.3um以上的颗粒，因此在PM2.5检测领域应用地比较广。

红外传感器和激光传感器的使用寿命主要取决于光源的使用时间。一般红外传感器的发光二极管寿命为5年左右。由于激光传感器的精度较高，主要应用在PM2.5检测领域，其激光二极管的官方公布寿命一般为3年，但是实际应用中寿命通常只有1年左右。由于受当前发光二极管的工艺和材料限制，目前尚未有明显提高PM2.5传感器使用寿命的解决方案。

发明内容

本发明提供一种PM2.5传感器的控制方法及装置，解决了在保证采样精度的同时利用间歇式脉冲控制方式延长PM2.5传感器的使用寿命问题。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明一方面提供一种PM2.5传感器的控制方法，包括：

产生PWM控制信号，按设置的周期读取PM2.5传感器输出的电压值；

根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；

根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；

根据空气质量的判断结果设置PWM控制信号的采样周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对周期进行调整。

进一步地，在PWM控制信号一个周期的高电平开始延时设定的时间后读取PM2.5传感器输出的电压值，延时的设定时间小于PWM控制信号一个周期的高电平持续时间。

更进一步地，PM2.5粉尘浓度的计算公式为：

n＝α×β×(Vo-Vs)

其中α是转换因子，β是湿度因子，β与空气湿度h(％)的关系可以采用以下公式换算：

β＝{1-0.01467(h-0.5)}(h>50)，

β＝1(h≤50)，

Vo是输出电压值，Vs是参考电压值，参考电压值为无尘环境中PM2.5传感器的输出电压值。

又进一步地，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，计算一个采样周期前后的PM2.5浓度差；动态调整采样周期，使一个采样周期前后的PM2.5浓度差限定在设定的浓度差范围内。

再进一步地，采用模糊控制策略调整采样周期，若一个采样周期前后的PM2.5浓度差大于浓度差范围的上限值，则减小PWM周期；若一个采样周期前后的PM2.5浓度差小于浓度差范围的下限值，则增大PWM周期。

本发明另一方面提供一种PM2.5传感器的控制装置，包括：

PWM产生模块，用于产生PWM信号，控制PM2.5传感器发光源间歇式的工作；

PM2.5传感器模块，用于在PWM控制信号控制下检测空气中的粉尘浓度，输出检测电压值；

PM2.5浓度计算模块，用于根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；

PM2.5浓度判断模块，用于根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；

PWM设置模块，用于根据空气质量的判断结果设置PWM周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对PWM周期进行调整。

进一步地，所述PM2.5传感器的控制装置还包括：

空气湿度传感器，用于检测空气的湿度，为PM2.5浓度计算模块提供湿度因子计算参数。

本发明获得的有益效果是：

为了延长PM2.5传感器的使用寿命，降低应用成本，本发明提出了一种通过PWM信号控制PM2.5传感器发光源进行间歇式工作来提高其有效使用效率，在保证采样精度的前提条件下，降低PM2.5传感器发光源持续使用时间，从而延长其使用寿命。

附图说明

图1是本发明中的PM2.5传感器的控制方法的流程示意图；

图2是本发明中的PM2.5传感器的控制方法的实施流程示意图；

图3是本发明中延时读取PM2.5传感器输出的电压值的示意图；

图4是本发明中根据PM2.5浓度范围动态调整采样周期的示意图；

图5是本发明中根据PM2.5浓度差范围动态调整采样周期的示意图；

图6是本发明中的PM2.5传感器的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

如图1、2所示，本实施例提供一种PM2.5传感器的控制方法，包括：

步骤1：初始化，设置PWM控制信号的周期为T(如1s)，高电平持续时间为t1(如30ms，占空比D＝t1/T)，产生PWM控制信号，每隔一个周期时间T读取一次PM2.5传感器输出的电压值；

步骤2：如图3所示，在PWM控制信号一个周期的高电平开始延时设定的时间t2(如20ms)，然后读取PM2.5传感器输出的电压值Vo，延时的设定时间小于PWM控制信号一个周期的高电平持续时间，延时读取的目的是等待PM2.5传感器的输出稳定，避免读数误差；

具体地，采用光散射法的粉尘传感器从打开光源到感光部件的输出稳定需要一段时间，因此需要延时一段时间t2。

步骤3：根据步骤2中读取的PM2.5传感器输出的电压值Vo，计算PM2.5粉尘浓度n；

具体地，以常用的红外粉尘传感器为例，PM2.5粉尘浓度的计算公式为：

n＝α×β×(Vo-Vs)

其中α是转换因子(通常取0.6)，β是湿度因子(修正粒子因吸收空气中的水分导致直径变大)，β与空气湿度h(％)的关系可以采用以下公式换算：

β＝{1-0.01467(h-0.5)}(h>50)，

β＝1(h≤50)，

Vo是输出电压值，Vs是参考电压值，参考电压值为无尘环境中PM2.5传感器的输出电压值。

步骤4：PWM信号为低电平时，传感器进入休眠状态，该状态下PM2.5传感器的光源关闭，功耗降低；

步骤5：根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；当PM2.5粉尘浓度n低于浓度下限阈值n1，即当n＜n1时，说明空气质量较好，可以保持默认的采样周期T；当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，即当n≥n2时，说明空气质量较差，需要重点关注PM2.5粉尘浓度n的变化，下一步应该根据PM2.5粉尘浓度n的变化速率对周期T进行调整；

具体的，如图4所示，采用迟滞区间的方式来防止采样周期频繁变化。如果n＜n1(如80ug/m³)，设置PWM周期为T(如1s)；如果浓度n≥n2(如120ug/m³)，表明PM2.5粉尘浓度n较高，需要结合PM2.5粉尘浓度n的变化速率来调整采样周期；

步骤6：当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值时，即当n≥n2时，通过一个采样周期前后两次采样值，计算得到PM2.5浓度差V，并根据PM2.5浓度差V来调整采样周期T。

具体的，如图5所示，为了保证采样数值准确跟随外界浓度变化并且PWM占空比较小，设置采样周期为T1＝k*T,动态调整k值(限定k的取值范围，如k1＝1,k2＝0.1，初始值取0.5)，使两次采样浓度差限定在某个范围内(V1<|V|<V2)。例如可以采用模糊控制策略来调节k值，如果|V|≥V2(如25ug/m³)，则表示该时刻PM2.5的变化较快，需要减小k值(可以采用线性关系，根据|V|-V2的差值大小来调整k值，如k＝0.5-0.1((|V|-25)％5)，式中％表示取余数)；如果|V|＜V1(V1＜V2，如15ug/m³)，则表示该时刻PM2.5的变化较慢，需要增大k值(如k＝0.5+0.1(|V|％3)，式中％表示取余数)。

如图6所示，本发明的实施例还提供一种PM2.5传感器的控制装置，包括：

PWM产生模块，用于产生PWM控制信号，按设置的周期读取PM2.5传感器输出的电压值；

PM2.5传感器模块，用于在PWM控制信号控制下检测空气中的粉尘浓度，输出检测电压值；

PM2.5浓度计算模块，用于根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；

PM2.5浓度判断模块，用于根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；

PWM设置模块，用于根据空气质量的判断结果设置PWM控制信号的周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对周期进行调整。

在本实施例中所述PM2.5传感器的控制装置还包括：空气湿度传感器，用于检测空气的湿度，为PM2.5浓度计算模块提供湿度因子β计算参数。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种PM2.5传感器的控制方法，其特征在于，包括：

产生PWM控制信号，按设置的周期读取PM2.5传感器输出的电压值；

根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；

根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；

根据空气质量的判断结果设置PWM周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对PWM周期进行调整。

2.根据权利要求1所述的PM2.5传感器的控制方法，其特征在于，还包括：

在PWM控制信号一个周期的高电平开始延时设定的时间后读取PM2.5传感器输出的电压值，延时的设定时间小于PWM控制信号一个周期的高电平持续时间。

3.根据权利要求2所述的PM2.5传感器的控制方法，其特征在于，还包括：

PM2.5粉尘浓度的计算公式为：

n＝α×β×(Vo-Vs)

其中α是转换因子，β是湿度因子，β与空气湿度h(％)的关系可以采用以下公式换算：

β＝{1-0.01467(h-0.5)}(h>50)，

β＝1(h≤50)，

Vo是输出电压值，Vs是参考电压值，参考电压值为无尘环境中PM2.5传感器的输出电压值。

4.根据权利要求3所述的PM2.5传感器的控制方法，其特征在于，还包括：

当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，计算一个采样周期前后的PM2.5浓度差；动态调整采样周期，使一个采样周期前后的PM2.5浓度差限定在设定的浓度差范围内。

5.根据权利要求4所述的PM2.5传感器的控制方法，其特征在于，还包括：

采用模糊控制策略调整采样周期，若一个采样周期前后的PM2.5浓度差大于浓度差范围的上限值，则减小PWM周期；若一个采样周期前后的PM2.5浓度差小于浓度差范围的下限值，则增大PWM周期。

6.一种PM2.5传感器的控制装置，其特征在于，包括：

PWM产生模块，用于产生PWM信号控制PM2.5传感器发光源间歇式的工作；

PM2.5传感器模块，用于在PWM控制信号控制下检测空气中的粉尘浓度，输出检测电压值；

PM2.5浓度计算模块，用于根据读取的PM2.5传感器输出的电压值计算PM2.5粉尘浓度；

PM2.5浓度判断模块，用于根据PM2.5粉尘浓度判断空气质量；

PWM设置模块，用于根据空气质量的判断结果设置PWM控制信号的周期，当PM2.5粉尘浓度高于浓度上限阈值，根据PM2.5粉尘浓度的变化速率对周期进行调整。

7.根据权利要求6所述的PM2.5传感器的控制装置，其特征在于，还包括：

空气湿度传感器，用于检测空气的湿度，为PM2.5浓度计算模块提供湿度因子计算参数。