電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）近年來(lái)，隨著大氣污染問(wèn)題的加劇，人們對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注與日俱增。在此背景下，PM 2.5檢測(cè)設(shè)備也逐漸成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

PM 2.5檢測(cè)儀的工作原理是什么？究竟是如何檢測(cè)空氣微粒的呢？近日，筆者對(duì)一款僅花30元從“某魚(yú)”上買(mǎi)來(lái)的激光PM 2.5檢測(cè)儀進(jìn)行了測(cè)試、拆解，并將其測(cè)評(píng)結(jié)果與工作原理總結(jié)如下。

激光PM 2.5檢測(cè)儀煙霧測(cè)試

PM 2.5檢測(cè)儀主要用于檢測(cè)空氣中的顆粒大小及數(shù)量，在這一測(cè)試環(huán)節(jié)中，筆者以點(diǎn)燃紙巾所產(chǎn)生的煙霧作為變量，以評(píng)估激光PM 2.5檢測(cè)儀的響應(yīng)速度。



一開(kāi)始，在紙巾未被點(diǎn)燃的情況下，激光PM 2.5檢測(cè)儀顯示室內(nèi)空氣PM 2.5含量為16μg/m3空氣質(zhì)量為優(yōu)。然而，當(dāng)被點(diǎn)燃的紙巾靠近激光PM 2.5檢測(cè)儀進(jìn)風(fēng)口的那一刻，屏幕示數(shù)立馬發(fā)生了變化，從原本的16μg/m3飆升至最高3700μg/m3，空氣質(zhì)量達(dá)到重度污染級(jí)別。

通過(guò)此項(xiàng)測(cè)試可以清楚地觀察到，本次所要拆解的激光PM 2.5檢測(cè)儀對(duì)煙霧中顆粒的敏感度極高，從煙霧靠近儀表到示數(shù)發(fā)生變化只有前后不到一秒的間隔。

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除此之外，本次拆解的激光PM 2.5檢測(cè)儀，還能夠檢測(cè)PM 1.0和PM 10兩種特定粒徑顆粒物，并記錄下近半個(gè)小時(shí)每分鐘的PM 2.5含量變化，方便使用者實(shí)時(shí)追蹤和分析室內(nèi)空氣中PM 2.5濃度的波動(dòng)情況。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

卸下屏幕后即可看到設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，激光PM 2.5檢測(cè)儀內(nèi)部由電路主板和激光顆粒傳感器、電池三部分組成。

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其中，激光顆粒傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)空氣顆粒大小及數(shù)量，主板負(fù)責(zé)對(duì)傳感器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，最終通過(guò)屏幕將測(cè)量數(shù)據(jù)直觀地展示給用戶(hù)。

通過(guò)觀察得知，這款PM 2.5檢測(cè)儀所使用的傳感器是來(lái)自攀藤科技的國(guó)產(chǎn)激光顆粒傳感器，傳感器內(nèi)置了激光發(fā)射器、小型風(fēng)機(jī)以及一顆光敏器件。通過(guò)風(fēng)機(jī)不斷吸入周?chē)目諝猓眉す馍⑸涞脑韺?duì)空氣懸浮顆粒進(jìn)行檢測(cè)。

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激光顆粒傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示，當(dāng)設(shè)備開(kāi)始工作時(shí)，在風(fēng)機(jī)的作用下，腔體內(nèi)部就會(huì)有氣流流動(dòng)，并且激光發(fā)射器會(huì)持續(xù)不斷地向光散射測(cè)量腔體發(fā)射激光，而這些激光束會(huì)與空氣中的顆粒發(fā)生相互作用。

當(dāng)激光束照射到空氣中的顆粒時(shí)，受到顆粒周?chē)⑸浜臀盏挠绊懀す獾膹?qiáng)度會(huì)有所減弱。隨后，位于光散射測(cè)量腔體下方的光敏器件，就會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)散射后的激光束能量進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果傳遞至后級(jí)電路，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒大小及數(shù)量的檢測(cè)。

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需要注意的是，經(jīng)過(guò)光敏器件輸出的信號(hào)為微弱的電信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)濾波、放大電路去除噪聲干擾，增強(qiáng)電信號(hào)幅值后，才會(huì)被輸入到激光顆粒傳感器的MCU上，再利用預(yù)先建立的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)信號(hào)特征計(jì)算出顆粒的大小和數(shù)量，最終以數(shù)字信號(hào)的形式傳遞至主板的主控。為此，這款攀藤的激光顆粒傳感器在光敏器件和MCU之間，還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了濾波放大電路對(duì)光敏器件的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。

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令人迷惑的是，激光顆粒傳感器的MCU上方放置了一塊金屬片，并且金屬片的另一端與傳感器電路的電容相連，這究竟是為了芯片散熱、屏蔽干擾還是其他原因呢？

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激光PM 2.5檢測(cè)儀主板集成了主控、電源管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、按鍵控制等幾個(gè)電路模塊。其中，主控芯片采用的是美滿(mǎn)電子的88MW300，款芯片融合了WiFi和MCU功能，自2015年起在物聯(lián)網(wǎng)和智能家居領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。例如，小米的智能插座、Yeelight的智能LED燈泡等產(chǎn)品中都采用了這一芯片。

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在這款設(shè)備上，88MW300主要負(fù)責(zé)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，以及對(duì)傳感器回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理。根據(jù)PM 2.5數(shù)值的大小，通過(guò)主板背面的20 Pin插座向屏幕輸出相應(yīng)的指令，并以不同顏色展示不同數(shù)值，向使用者呈現(xiàn)出更直觀、可讀性更高的結(jié)果（屏幕自帶驅(qū)動(dòng)芯片）。

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在電源供給方面，這款激光PM 2.5檢測(cè)儀采用了上海如韻的CN3153線性充電IC對(duì)電池進(jìn)行充電控制，最大充電電流可達(dá)1A。此外，還使用了一顆首鼎的升壓芯片SDB628對(duì)電池輸出電壓進(jìn)行升壓處理，該芯片的電壓輸出范圍在5V～28V之間，可為屏幕的正常工作，提供穩(wěn)定的電壓支持。

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主板背面是一顆來(lái)自華邦電子容量大小為4MB的W25Q32JV閃存芯片，該芯片主要用于存儲(chǔ)傳感器近30分鐘的測(cè)量數(shù)據(jù)及系統(tǒng)固件。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于激光PM 2.5檢測(cè)設(shè)備而言，最重要的器件當(dāng)屬激光顆粒傳感器，其性能直接決定了設(shè)備測(cè)量的精度和響應(yīng)速度。令人驚訝的是，在進(jìn)行煙霧測(cè)試時(shí)，這款采用國(guó)產(chǎn)攀藤傳感器的設(shè)備，竟然能夠?qū)崿F(xiàn)秒級(jí)響應(yīng)。

盡管沒(méi)有進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，無(wú)法對(duì)傳感器的精度做出評(píng)估，但從它的響應(yīng)速度來(lái)推斷，其測(cè)量精度也應(yīng)該很出色。畢竟，市面上也有不少售價(jià)在幾百元的PM 2.5檢測(cè)儀使用的也是攀藤的傳感器。