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DSENSOR数字式通用颗粒物浓度传感器

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北京攀藤科技有限公司2015年产品数据手册
DSENSOR
数字式通用颗粒物浓度传感器
PMS5XXXI系列数据手册

主要特性
 激光散射原理实现精准测量
 零错误报警率
 实时响应并支持连续采集
 最小分辨粒径0.3μm
 全新专利结构，六面全方位屏蔽，数据更稳定
 进出风口方向可选，适用范围广，用户无需再进行风道设计
概述
PMS5XXX系列是一款基于激光散射原理的数字式通用颗粒物浓度传感器，可连
续采集并计算单位体积内空气中不同粒径的悬浮颗粒物个数，即颗粒物浓度分
布，进而换算成为质量浓度，并以通用数字接口形式输出。本传感器可嵌入各种
与空气中悬浮颗粒物浓度相关的仪器仪表或环境改善设备，为其提供及时准确的
浓度数据。

工作原理
本传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，
同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理
器利用基于米氏（MIE）理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同
北京攀藤科技有限公司2015年产品数据手册
粒径的颗粒物数量。传感器各功能部分框图如图1所示

图1 传感器功能框图
技术指标
如表1所示
表1 传感器技术指标
参数 指标 单位

测量范围 0.3~1.0；1.0~2.5；2.5~10 微米（μm）
计数效率
50%@0.3um 98%@>=0.5 um
称准体积 0.1 升（L）
响应时间 ≤10 秒（s）
直流供电电压 5.0 伏特（V）
最大工作电流 100 毫安（mA）
待机电流 ≤200 微安（μA）
数据接口电平 L <0.8 @3.3 H >2.7@3.3 伏特（V）
工作温度范围 -20~+50 摄氏度（℃）
工作湿度范围
0~99%
平均无故障时间 ≥3 年（Y）
最大尺寸 50×38×21 毫米（mm）

激光源
激光
传感器
空气通道

光散射 测量腔体 电信号 滤波放
大电路
电信号

微处理器

数字信号

空气

空气
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输出结果
主要输出为单位体积内各浓度颗粒物质量以及个数，其中颗粒物个数的单位体积
为0.1升，质量浓度单位为：微克/立方米。

数字接口定义

PIN1
图2 接口示意图

管脚序号 功能标号 说明
PIN1
VCC
电源正（+5V）

PIN2
GND
电源负

PIN3
SET
设置管脚 /TTL电平@3.3V，高电平或悬空为

正常工作状态，低电平为休眠状态
PIN4
I2C_SCL
电平@3.3V

PIN5
I2C_SDA
电平@3.3V

PIN6
RESET
模块复位信号/TTL电平@3.3V，低复位

PIN7
I2C_ADD
I2C地址选择，内部50K上拉电阻

PIN8
NC

型号定义
PMS 50 03I

传感器类型 PMS-颗粒物浓度传感器 型号版本 最小分辨粒径
03—0.3微米
05—0.5微米
10—1.0微米
25—2.5微米
I — I2C接口
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尺寸结构
单位：mm

图3 外形尺寸图
图4a 进风口及出风口 图4b 底部安装孔
安装注意事项
1. 金属外壳与内部电源地导通，注意不要和其他外部板组电路或机箱外壳短接。
2. 进风口与出风口所在平面紧贴用户机内壁，并在该侧壁上开孔与外部空气连
通，开孔尺寸应不小于进风口和出风口尺寸。
3. 传感器底部用2mm自攻螺钉固定，螺钉进入壳体长度应不大于5mm。
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附：PMS5XXXI传输协议
1. 100K sps，标准NXP EEPROM指令协议。传感器数据放置在寄存器中，供主机
提取。
2. I2C地址设置说明：
传感器为I2C从设备，上电时PIN7电平决定I2C地址，具体如下表
I2C地址 设置 说明
0X12
PIN7悬空
默认

0X13
PIN7拉低
<0.3V

3. PMS5XXXI寄存器数据定义
寄存器 定义 数据
0x00
起始符1 0x42 (固定)

0x01
起始符2 0x4d (固定)

0x02 帧长度高八位 ……
帧长度=2x13+2(数据+校验位)

0x03 帧长度低八位 ……
0x04 数据1高八位 ……
数据1表示PM1.0浓度（CF=1，标准

颗粒物）
单位μg/m3
0x05 数据1低八位 ……

0x06 数据2高八位 ……
数据2表示PM2.5浓度（CF=1，标准

颗粒物）
单位μg/m3
0x07 数据2低八位 ……

0x08 数据3高八位 ……
数据3表示PM10浓度（CF=1，标准颗

粒物）
单位μg/m3
0x09 数据3低八位 ……

0x0a 数据4高八位 ……
数据4表示PM1.0浓度（大气环境下）

单位μg/m3
0x0b 数据4低八位 ……

0x0c 数据5高八位 ……
数据5表示PM2.5浓度（大气环境下）

单位μg/m3
0x0d 数据5低八位 ……
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0x0e 数据6高八位 …….
数据6表示PM10浓度 （大气环境下）

单位μg/m3
0x0f 数据6低八位 ……

0x10 数据7高八位 ……
数据7表示0.1升空气中直径在0.3um

以上颗粒物个数
0x11 数据7低八位 ……

0x12 数据8高八位 ……
数据8表示0.1升空气中直径在0.5um

以上颗粒物个数
0x13 数据8低八位 ……

0x14 数据9高八位 ……
数据9表示0.1升空气中直径在1.0um

以上颗粒物个数
0x15 数据9低八位 ……

0x16 数据10高八位 ……
数据10表示0.1升空气中直径在

2.5um以上颗粒物个数
0x17 数据10低八位 ……

0x18 数据11高八位 ……
数据11表示0.1升空气中直径在

5.0um以上颗粒物个数
0x19 数据11低八位 ……

0x1a 数据12高八位 ……
数据12表示0.1升空气中直径在10um

以上颗粒物个数
0x1b 数据12低八位 ……

0x1c 数据13高八位 ……
版本号

0x1d 数据13低八位 ……
错误代码

0x1e 数据和校验高八位 ……
校验码=起始符1+起始符2+……..+数据

13低八位
0x1f 数据和校验低八位 ……

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SensorML总结

SensorML总结


SensorML能做什么？ SensorML能做什么？
• 为实现各种传感器群（sensor communities）之间的互操作性 （interoperability）,要求在实现 SensorML时定义群特有语义（在在线字 典或知识体中），且框架能够使用这些 语义。
SensorML能做什么？ SensorML能做什么？
SensorML的角色 SensorML的角色
• SensorML关于O&M（Observations & Measurements）假定了三种基本的数据 信息构成
SensorML的角色 SensorML的角色
• 一、可被测量和量化的属性，在SWE上 下文中被称为“可测属性”或“现象” （Observable Property or Phenomenon），这些属性可能包含例如 温度、计数、岩型、浓度或辐射率等属 性 • 在SensorML中，它们将通过URI（URN） 引用。
过程（Process） 过程（Process）
• 过程是实体，具有一个或多个输入，通 过具有良定义并使用明确参数的方法来 产生一个或多个输出
过程链（Process Chain） 过程链（Process Chain）
• 复合过程块由子过程相连组成，以此组 成过程模型或过程链。 • 过程链也包括可能的数据源以及明确的 子过程输入输出信号的链接 • 过程链同样精确定义了自己的输入、输 出和参数。
SensorML的角色 SensorML的角色
• 二、对于可感知、测量特殊属性的传感 器，它们具有特殊的响应特性，可以决 定测量结果或评估测量的质量。这些传 感器系统还具有坐标和方向的属性，使 用者可以在特定时间将其同特定地理坐 标联系起来。 • SensorML提供了处理、地理位置注册以 及评估传感器系统测量质量所需要的属 性
CMOS图像传感器

CMOS图像传感器


CCD图像传感器
CMOS图像传感器
互补金属氧化物半导体图像传感器 CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor
CMOS图像传感器,它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、 放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口 电路等集成在一块硅片上的图像传感器件。
c.借鉴 CCD 图像传感器的制备技术，采用相关双 取样电路技术和微透镜阵列技术
d.光敏二极管设计成针形结构或掩埋形结。 e.提高CMOS图像传感器的制作工艺
3、填充系数
CMOS 图像传感器的填充系数一般在 20%~30%之 间，而 CCD 图像传感器则高达 80%以上，这主要是 由于 CMOS 图像传感器的像素中集成了读出电路。 采用微透镜阵列结构，在整个 CMOS 有源像素传感
像素总数是指所有像素的总和，像素总数是衡量 CMOS图像传感器的主要技术指标之一。CMOS图像
传感器的总体像素中被用来进行有效的光电转换并输 出图像信号的像素为有效像素。显而易见,有效像素
总数隶属于像素总数集合。有效像素数目直接决定了 CMOS图像传感器的分辨能力。
3、动态范围
动态范围由CMOS图像传感器的信号处理能力和噪 声决定,反映了CMOS图像传感器的工作范围。参照 CCD的动态范围,其数值是输出端的信号峰值电压与 均方根噪声电压之比,通常用DB表示。
抗辐射性
CCD的光电转换，电荷的激发的量子效应易受辐射 线的影响。CMOS光电转换只由光电二极管或光栅 构成，抗辐射能力较强。
Micron(Aptina Imaging)
Aptina成像公司是CMOS成像解决方案的全球性提供商，
其不断扩大的产品组合被用于所有领先的移动电话和笔 记本电脑品牌。Aptina还提供范围广泛的产品，用于数
气敏传感器特性

气敏传感器特性

SnO2气敏元件结构简单，成本低，可靠性强，机械性能优良。
2.5信号处理
SnO2气敏元件不需要复杂的处理设备，可将待检测气体浓度 通过直接转化变成电信号，信号处理电路简单。
2.SnO2系气敏传感器特性参数
2.6影响SnO2气敏效应的因素
（1）SnO2结构组成 SnO2中氧空位多，气敏效应明显。
（2）SnO2中添加物 SnO2中添加物对气敏效应有显著影响，如下表。
电阻型气敏元件在常温条件下洁净空气中的电阻值，一般范围在103105欧姆。
测量固有电阻值Ra时，应要注意必须在洁净空气中测ຫໍສະໝຸດ 。1.2气敏元件响应时间tr
表征在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。 一般从气敏元件与一定浓度的被测气体接触开始计时，直到气敏元件 的电阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63%为止。
1.7气体浓度
对空气中污染物浓度表示方法： （1）质量浓度表示法 每立方米空气中所含污染物的质量，即mg/m3。 （2）体积浓度表示法 一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm。
1. 气敏传感器特性参数 2. SnO2气敏传感器特性参数 3. ZnO气敏传感器特性参数
2.SnO2系气敏传感器特性参数
2.1灵敏度特性
SnO2气敏元件的阻值Rc与空气中被测气体的浓度C 成对数关系：
logRc=m*logC+n
n：与气体检测灵敏度有关，除了随材料和气体种 类不同而变化之外，还会由于测量温度和添加剂不同 而变化。
m：为气体的分离度，随气体浓度变化而变化。对 于可燃气1/3<m<1/2。
SnO2气敏元件灵敏度特性
Va：气敏元件在洁净空气中工作时负载电阻电压 Vg：气敏元件在规定浓度的被测气体中工作时负载电阻电压 Vgi：气敏元件在i气体浓度为规定值中工作时负载电阻电压
一种PM2_5检测传感器设计_杨永杰

一种PM2_5检测传感器设计_杨永杰


近些年， 灰霾天气已经对人们的生活和身体健康造成 了不利影响， 对于颗粒物检测技术的研究刻不容缓 。 检测 颗粒物浓度的核心技术就是设计准确可靠的传感器
［1 ］
1． 1
理论依据
光电传感器是采用光电元件作为检测元件把被测量的
， 相
国外对光电传感器的研究起步较早， 技术也较 比国内来说， 成熟， 光电传感器已经广泛应用于军事 、 航天航空、 工业控 制和检测技术等领域 。PM 2． 5 的检测方法有重量法 、 微量 振荡天平法、 β 射线吸收法、 光散射法等
2． 2
光收集部分
当光敏区有颗粒物通过时， 光强就会发生改变， 同时接
收管会根据光量的变化而产生相应的电流信号 。本文使用 透镜 1 和透镜 2 把光源发出的光照射到光敏感区， 避免了 光的浪费， 透镜 3 把光收集起来发送到雪崩光电二极管， 就 得到与颗粒物有关的电信号 。为了避免光敏感区以外的杂 光进入光敏感区， 整个传感器用黑色铝管密封起来， 使收集 到的光脉冲信号稳定可靠， 传感器的性能得到提高， 增大了 输出信噪比， 提高了传感器灵敏度。
VP
器的 性 能 和 灵 敏 度。 本 系 统 需 用 双 电 源 供 电， 利用 （ 3） ICL7660 芯片实现 + 5 － 5 V 电源转换， 电路如图 2 所示，
经测试发现 ʃ 5 V 的电压平衡性较好， 运放效果理想， 同时 dΦ p + I P V P ，
Φ
对系统的零点漂移起到抑制作用 。 实际应用中， 模拟电源 和数字电源一定要隔离， 减小数字电平的突变对模拟电路 （ 4） 的影响， 提高了传感器的稳定性 。
方案设计
以激光器作为光源
［6 ］
5 V， 波长 650 nm， 功率 10 mW 的半导体激光器作为光源 。 ，Si 雪崩光电二极管作为接收器 与普通光源相比， 激光源具有高亮度、 灵敏度高、 稳定性好 特点， 作为光源是十分理想的 。