Оптический датчик пыли определяет концентрацию частиц пыли в воздухе с помощью оптического метода зондирования. Инфракрасный светодиод и фотодатчик расположены в самом устройстве. Фотодатчик обнаруживает отраженный инфракрасный свет частицами пыли в воздухе, а связанная с ним электронная схема выдает выходное напряжение, пропорциональное плотности пыли, что помогает измерять концентрацию пыли и дыма. В данном обзоре будет рассмотрен компактный оптический датчик пыли GP2Y1010AU0F от Sharp.
Согласно техническому описанию, GP2Y1010AU0F — это оптический модуль обнаружения пыли. В этом устройстве по диагонали расположены инфракрасный светодиод (IRED) и фототранзистор.
Он обнаруживает отраженный свет пыли в воздухе. Особенно эффективен при обнаружении очень мелких частиц, таких как сигаретный дым. Кроме того, модуль может отличать дым от домашней пыли по импульсной схеме выходного напряжения. Наличие пыли можно обнаружить с помощью фотометрии только одного импульса.
Внутренняя схема GP2Y1010AU0F
Модуль GP2Y1010AU0F разработан как электронный датчик для автоматического запуска таких приборов, как очиститель воздуха и кондиционер с функцией очистки воздуха. На рисунке ниже показан принцип обнаружения пыли:
Здесь свет от светодиода фиксируется линзой и щелью, как показано на схеме А. Также, для фотодиода, линза и щель расположены перед ним, чтобы отсекать помехи света и эффективно обнаруживать отражение света (при обнаружении пыли). Область, где пересекаются эти две оптические оси, является областью обнаружения.
Часть B показывает, что происходит внутри устройства, когда пыли нет, а часть C — когда пыль есть. Устройство выдает выходное напряжение, даже когда пыль не обнаруживается. Это происходит потому, что свет, излучаемый светодиодом, отражается от корпуса устройства, и некоторая его часть попадает на детектор. Выходное напряжение при отсутствии пыли указано в спецификации как Voc.
Часть C показывает, как работает устройство, когда внутри него есть пыль или сигаретный дым. В этом случае детектор обнаруживает свет, отраженный от частицы сигаретного дыма.
Из детектора выходит ток, пропорциональный количеству обнаруженного света, и устройство создает аналоговый выход напряжения (импульсный выход) после того, как схема усиливает ток от детектора.
Пример подключения пыле-датчика
Компоненты R1 (150Ω) и C1 (220uF), указанные в данной схеме, имеют решающее значение для импульсного управления светодиодом GP2Y1010AU0F. Без этих деталей устройство не работает.
Как видно на рисунке ниже (время выборки выходного импульса), сигнал стабилен и готов к выборке через 280 мкс. Таким образом, указанное выходное значение — это то, которое измеряется через 280 мкс после включения светодиода. Общее время, необходимое для готовности устройства к обнаружению пыли с момента включения, составляет менее 1 секунды.
Выходное напряжение (Vo) датчика GP2Y1010AU0F пропорционально плотности пыли в диапазоне от 0 до 0,5 мг/м3. Если покрутить встроенный подстроечный резистор (регулировка чувствительности), выходные значения (как для холостого хода, так и для обнаружения) изменятся соответствующим образом.
Итак, чтобы получить данные, просто сделайте несколько вещей.
- Подать на 3 контакт минус
- Подождать 280 мс
- Усреднить выходные показания с контакта 5 (Vo) в течение следующих 40 мкс.
- Подождать 9,680 мс (10 мс – 0,32 мс)
Далее упрощенная схема подключения датчика GP2Y1010AU0F.
Имейте в виду, что встроенный подстроечный резистор чувствительности, который виден через небольшое отверстие в корпусе, настроен на заводе. Поэтому не пытайтесь крутить его, иначе электрооптические характеристики, указанные в технических характеристиках модуля, будут недействительными!
Для теста берем схему Arduino Uno, добавив показанную ранее схему без дополнительного делителя напряжения. Выходное напряжение Vo датчика пыли представляет собой сумму выходного напряжения при отсутствии пыли Voc и выходного напряжения, пропорционального плотности пыли ΔV. Выходное напряжение, пропорциональное плотности пыли ΔV, тогда равно ΔV = Vo – Voc (Vo: контрольное значение). Выходное напряжение при отсутствии пыли Voc вызвано рассеянным светом, возникающим в датчике. Таким образом, датчик создает напряжение Voc даже при плотности пыли 0 мг/м 3.
Кроме того, датчик пыли GP2Y1010AU0F, очевидно, требует калибровки для поддержания точности с течением времени. Процесс калибровки включает в себя выравнивание выходного сигнала датчика для соответствия известному стандартному или эталонному значению с использованием точного эталонного прибора или контролируемой среды с известной концентрацией пыли для сравнения выходных показаний.
