學習目標 : 認識faya灰塵感應模組的功能及使用方式
學習時間 : 40min
示範模組 : (1) faya brickNano
(2) 灰塵感應模組
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)
====================功能介紹====================
faya灰塵感應模組採用了夏普公司(Sharp)的第三代灰塵感應器(GP2Y1051)，第一代的感應器以類比電壓的形式輸出，使用者須自行套用公式計算粉塵濃度，第二代改進成以串列訊號輸出，但必須扣除無塵電壓，最新的一代更改了內部演算法，只需將輸出粉塵參數套入公式後，就可推算環境粉塵濃度。
感測器如上圖所示，利用一訊號線TXD即可進行資料的接收，感測器的串列傳輸協定以2400鮑率進行傳輸。當感測器接上5V電源後，會在TXD埠持續輸出粉塵參數，每10ms發送一個字節，總共七個字節，數據發送格式為:
其中校驗位 = Vout(H)+Vout(L)+Vref(H)+Vref(L)
有了以上粉塵參數，我們可以依照Datasheet的說明，套入公式算的粉塵濃度
其中 Vout為透過粉塵參數所計算出的輸出信號
A為比例係數，用來調整輸出電壓與濃度間的關係，官方Datasheet中提供不同條件測試下的資料如下圖，由圖中可看出比例係數A = Ud / Vout 分別為500和280，大家可以參考此數據設定比例係數A
Vout 利用上述表格套入公式 = (2x256 + 157) *5 / 1024 = 3.26V
粉塵濃度 = 3.26 * 390 = 390 ug/m3 ...屬於嚴重汙染等級的懸浮微粒
對於粉塵的詳細說明，大家可參考Wiki的連結解釋
對於感測器的Datasheet，大家從這邊下載
====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:
faya灰塵應模組的電路圖如下，基本上只用到VCC / GND / TXD三隻腳位，並拉出到PCB板子上，注意到由於感測器屬於主動傳輸資料，並無接收資料或指令的功能，因此只使用到TXD埠，將此埠連接到MCU的RXD埠即可接收資料 (2400bps)
===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:
目標:
(1)每0.5秒在Arduino Serial Monitor秀出目前的粉塵濃度
接線:
(1) 電源線連接
如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版
(2) 訊號線連接
Arduino_D10 ===> 灰塵感應器_TXD
範例程式:
本次的範例程式，我們直接拿網路上署名Weesky維天監製的作者所提供的範例，稍作修改後並詳細解釋
備註:
- L39~49 : 依序讀取感測數據所傳輸的七個字節，並儲存在incomeByte陣列中，其中起始字節為0xaa，十進制為170
- L50~53 : 完成七個字節的儲存後，將字節1~4加總，並比對是否和第五字節的校驗位相同，同時再次確認最後的字節是否為結束位的0xff
- L54~72 : 印出七個字節的數值(10進位)，依照datasheet裡的公式，計算粉塵電壓與濃度，並列印出如下格式
- L73~79 : 清除七個字節的資料，繼續記錄下一筆的資料
範例結果:
討論:
- 影片中可以發現平常的粉塵數值大約10ug/m3左右，屬於優良的空氣品質，當香的煙霧靠近時，瞬間提升到汙染等級的空氣品質，當香的煙霧離開感測器時，粉塵數值又慢慢降回一班水準。
- 感測器內建的類比數位轉換器為10-bit，相對的解析度大約1.9ug/m3左右
- 比例係數A，有的人用500，有的人用700，我們則取datasheet內的平均直
- Vout公式 = (2x256 + 157) *5 / 1024 = 3.26V，中間 *5的部分，網路上很多只有乘上2.5，雖然不知道原因，但推測可能是上一版的Datasheet的建議直，在我們的程式中，還是按照建議值乘上五。
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