JetAIR 空氣清淨機 DIY開發全記錄-1

[前言]

冬天一到..空氣品質一直降低..因此一直有想要弄個空氣清淨的念頭..於是稍微Google了一下..發現每台空氣清淨機都在比貴的..對於口袋超級淺的我來說..一直無法下手..
某一天..看到了一個在募資網站上的DIY空氣清淨機..不到2000元的價錢..於是看了一下..結果不看還好..看了又引起我DIY的念頭..因為若只看清淨部份基本上就是一個風扇(或一組風扇)加上一個濾網組合而成.. 而最近最流行的360度進氣就是用圓筒型的濾網(或稱濾芯)..讓空氣由外部進入再用風扇從中間把乾淨空氣抽出..

那既然它的原理很簡單..再加上我DIY成癮(請參考: 自製JetSOVI舒肥機開發日記以及 JET智慧雲台參考開發全記錄), 哪有不DIY的道理..

[DIY計劃]

首先..空氣清淨機的心臟就是濾芯..因此要找個方便取得, 功能不差, 看來不醜(後面會提到)..於是找了找..找到了米家空氣淨化器的濾芯..因為目前它方便取得(網拍一堆, 官網也有)..價錢還OK(800-900元), 還有除甲醛或抗箘功能.

(圖片來源: 小米官網)

因此我的DIY濾芯就先鎖定它(如果還有更好用的濾芯再來修改設計也可以, 因為不同的只是尺寸而已.)

濾芯解決了..接下來就來規劃一下功能囉, 既然要自己DIY就不能只是全手動開關及調速而已..大概參考市面上的貴呼呼的空氣清淨機我大概的功能如下:

1. 紅外線遙控: 最簡單的遙控方式, 大人小孩都會用.
2. 全彩觸控螢幕: 最直覺的控制, 而且可以顯示很多內容(如下方的開發中畫面)

3. 支援 PM2.5偵測..使用神榮偵測器或雷射PM2.5偵測器 (後述)
4. 支援溫濕度偵測.
5. 可支援手機藍牙操作.
6. 可支援 WIFI Web瀏覽器雲端操作.
7. 可依目前空氣品質狀態控制清淨機風量.
8. 有睡眠模式(限速靜音運轉)
9. 有定時模式
10. 支援擴充端子, 可外接紅外線遙控器, 可依空氣品質及溫濕度狀態遙控家裡電氣(如: 空調, 電暖器, 電風扇..等等)
11. 還在想….

[功能實現]
既然把想做的功能列出來了…那就得一一的實現它才行..
因為要做到手機控制, 連網控制..當然選一款心臟才行…想到在做舒肥機(JetSOVI)時..使用的是 Arduino Nano這塊小而美的主板..不過也因為它只有16KB的Flash 2KB的SRAM空間.. 程式一再簡化才把整個系統塞進去..想想我竟然在裡面寫了一個Web Service, 現在想起來實是一個很好的經驗.

到了寫智慧雲台時..因為需要儲存的東西多了..2KB的 RAM遠遠不夠用, 於是就改用又快又大的 Arduino Mega 2560來當主板.. 果然256K的Flash加上16K的SRAM..寫起程式來比較不會綁手綁腳..

因此我決定用 Arduino Mega 2560來當我JetAIR的程式主板(其實在選MEGA前還有段故事, 文章中會提到)..

主板決定了..接下來螢幕一樣選擇我JetSOVI用的觸控螢幕, 不過改用2.8吋 4:3的比較容易塞得下(JetSOVI是3.2吋), WIFI的部份一樣使用ESP8266, 藍牙一樣使用HC-05這個簡單的藍牙模組..

而智慧型空氣清淨機除了過濾的部份外..最重要的就是它怎麼知道目前空氣的品質如何? 因此找尋一個方便準確的感測器就相對重要囉..
目前在市售空氣清淨機裡有偵測空氣品質的不少..而最常用的就是 Sharp 的 GP2Y1010AU0F感測器(如下圖)

這個感測器最大的特點就是便宜..但使用紅外線偵測及被動式空氣偵測, 偵測結果以類比電壓傳回也是它的問題所在..它只能很大略的告知目前空氣狀態如何, 但無法精確量化它..尤其是近年來大家比較注意的PM2.5顆粒..不過它對於煙塵倒是很靈敏.我一開始也拿它來做測試..但它輸出的值真的誤差範圍太大..讓我不得不找其它的PM2.5感測器.

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接下來這個感測器也是不少廠牌使用的..它是日本神榮感測器模組Shinyei PPD42NS(如下圖)

它的好處是它已經內建微處理器, 然後出廠時也都經過校正過(上面2顆電阻就是在校正讀數使用, 原廠建議正常使用下不要去動它), 再加上它內建有個簡單的發熱裝置主要是讓空氣產生對流, 才能方便偵測空氣品質, 可以參考下面的原理圖解

而且它的讀數使用PWM輸出也方便機器判讀, 遠比類比電壓方式好的太多了..因此一些中高價位的清淨機都使用這個感測器.

但是..它還只能大略確傳回PM2.5的濃度, 一般家庭使用已經OK了..但我還想更精確一點..那麼要怎樣才能取得精確的PM2.5濃度..當然不用到實驗室的等級..但也不能太大略..於是利用雷射散射原理而做出來的感測器就來了..一般來說這種感測器都帶有風扇, 可以將空氣以定量的方式吸入經由內部通道使用雷射照射會因粉塵而產生繞射現像, 再由分佈在內的感測器去接收這些散射光再經由CPU的計算來取得精確的粉塵濃度, 也因此可以很精準的測量到PM2.5濃度(一般而言可以測到PM1.0)..
於是..我找到了攀藤Plantower PMS5003T (如下圖)

可以看出它有個風扇, 可以把空氣吸入..再由下方孔洞排出..而同時會經由UART方式將各項濃度數值直接送出. 主機接收到就是濃度數字了.而且它同時可以傳回 PM1.0 PM2.5及PM10.0的濃度(ug/m3), 以及溫濕度的資訊. 方便使用.
如果想偵測更多..它還有個版本同時可以偵測甲醛(不過價格變2倍..就…免了.)

因此..目前來說除了一些高價機種外..幾乎很少廠商使用雷射感測器, 太小材大用了嘛..但..DIY嘛..可以精確..精確一點不好嗎? 我也很想知道我的環境中的PM2.5變化啊..

不過訂的感測器都還在路上..手上只有1年多前買旳Sharp GP2Y1010AU0F, 就先用它吧.. 於是開始插麵包板, 開始無止盡的Debug….