智慧家庭：PM2.5 空氣感測器（硬體組裝上篇）

作者：曹永忠/vMaker

本篇主要是教大家如何組立空氣粒子感測裝置硬體組裝，但是為了讓讀者簡化實驗，並不讓讀者自行設計與製作空氣粒子感測裝置外部產品硬體結構，而是採用市面上各個相關模組來設計出空氣粒子感測裝置。

空氣粒子感測裝置基本組成要素

首先，我們先將購買所需的元件，由下圖可以見到以下所有零件的一覽圖：

• 瑞昱半導體公司的阿米巴（Ameba）開發板
• PM 2.5 感測器：偵測空氣懸浮粒子
• RTC 時鐘 DS1307 I2C RTC 模組：Arduino 開發板的時鐘元件
• LCD2004 顯示器加上 I2C 控制器：Arduino 開發板顯示器（購買參考 1、購買參考 2）
• DHT22 溫濕度模組
• 迷你小麵包板：擴充所需要連接的電路
• 0.5 mm~0.8 mm 單心線
• 20 cm 長度以上的雙公杜邦線
• 5 mm LED 燈泡：狀態顯示燈號
• MICRO USB 線：外接電源線材
• 自製裝置外殼：由作者設計、並委託國內最大的電子零件供應商 iCShop 老闆黃文辭先生設計與製作

本文所有的零件都會以零件包的方式出版，並跟國內最大的電子零件供應商 iCShop 合作，讀者若有任何需要，請逕行與該公司接洽。對於零件使用上，若讀者仍不熟悉，可以參考文末的參考資料。

安裝阿米巴開發板

首先，我們先行安裝瑞昱半導體公司的阿米巴（Ameba）開發板（圖(b)），如下圖所示，我們先拿出外殼（圖(z)）的四顆塑膠螺絲柱與四顆塑膠螺絲。

如下圖所示，我們先拿出外殼底板，並將上圖所示之的四顆塑膠支柱與四顆塑膠螺絲，鎖於如下圖所示之底板上。

將瑞昱半導體公司的阿米巴（Ameba）開發板置於上圖所示之的塑膠支柱上，並拿出與四顆塑膠螺絲帽，將之固定鎖緊。

如上圖所示，我們完成出瑞昱半導體公司的阿米巴（Ameba）開發板之裝設。

安裝偵測空氣懸浮粒子感測器

下一步我們將裝設明攀藤科技（Plantower）的 PMS3003 空氣懸浮粒子感測器（註 1），首先我們拿出外殼元件內的小螺絲與小螺絲帽，如下圖所示，先放於桌面上。

如下圖所示，我們拿出如圖(a)所示之偵測空氣懸浮粒子感測器（PMS3003），並且先將塑膠膜拆開，可以看到如下圖所示之對稱的兩個螺絲孔。

如下圖所示，我們將如上圖所示之對稱的兩個螺絲孔，對齊外殼底板之右上方兩個螺孔，位置如下圖所示之位置。

如下圖所示，我們將螺絲由外殼底板之右上方兩個螺孔往上插入後，如下圖所示，將螺絲帽旋緊。

完成裝置偵測空氣懸浮粒子感測器（PMS3003）之後，整個外觀如下圖所示。

安裝麵包板

下一步我們將裝設小型麵包板（圖(f)），因為我們必須裝設許多元件，如果所有元件都直接連接到阿米巴開發板，恐怕無法同時間連接這麼多必要的元件，所以我們必須透過麵包板來擴充可以連接的元件，特別是每一個元件都需要電力供應，而阿米巴開發板無法同時供應這麼多的元件電源插孔。

為了擴充麵包板，我們先拿出單心線（圖(g)），如下圖所示，先將單心線進行裁剪。

如下圖所示，我們先把上圖所示之單心線，進行裁剪單心線為五條 45 mm~55 mm 長度，並使用撥線鉗或斜口鉗將五條單心線雙邊各剝去 6 mm~8 mm 長度的外皮，使之露出金屬的單心銅線。

將五條剝去外皮單心線依序插入下圖所示之麵包板，使之橫跨五個雙邊通道，使之導通。

如下圖所示，我們再剪單心線一條 25 mm~35 mm 長度，並使用撥線鉗或斜口鉗將一條單心線雙邊各剝去 6 mm~8 mm 長度的外皮，使之露出金屬的單心銅線。

如下圖所示，將一條剝去外皮單心線依序插入麵包板，使之連接第二條與第三條單心線的通道，使之導通。

最後，我們將完成單心線布置的麵包板放置外殼底板之右下方，整個外觀如下圖所示。

安裝溫溼度模組

因為我們需要量測溫度、濕度，如果使用單一功能的感測器，會增加裝置元件，所以我們採用溫溼度合一感測元件：DHT22溫濕度模組（圖(e)）。

首先，我們將外殼之右側板如下圖所示放置。

如下圖所示，我們取出一個小螺絲與小螺帽以及 DHT22 溫濕度模組。

由於外殼設計因素，我們將 DHT22 溫濕度模組的接腳解焊，重新焊接一個 180 度的三 pin 的接腳。

將 DHT22 溫濕度模組塞入右側板的下方，並將 DHT22 溫濕度模組上方孔洞，對準右側板的孔洞，方便鎖螺絲。

如下圖所示，將 DHT22 溫濕度模組於右側板的孔洞，將螺絲鎖入後，用螺帽旋緊。

取出三條一公一母杜邦線（圖(h)），準備連接 DHT22 溫濕度模組。

三條一公一母杜邦線，連接於 DHT22 溫濕度模組之電源接腳與訊號接腳。

完成將 DHT22 溫濕度模組置於外殼右板上。

安裝 RTC 時鐘模組

由於本裝置需要精準的時間與持續不斷的時間資訊，如果耗用阿米巴開發板於計算時間會大材小用，而且可能增加程式的複雜度。所以我們引入了時鐘模組，採用 Tiny RTC DS1307 時鐘模組（圖(d)）。

首先，我們將外殼的下側板如下圖所示放置。

如下圖所示，我們取出一個 DS1307 RTC 時鐘模組，再取出如泡棉膠（圖(m)）。

我們將泡棉膠撕開一面，黏到 DS1307 RTC 時鐘模組上。

我們再將泡棉膠另一面撕開，黏到外殼的中間偏左方的位置上。

如下圖所示，我們取出四條一公一母杜邦線，準備連接 DS1307 RTC 時鐘模組。

我們將四條一公一母杜邦線，連接於 DS1307 RTC 時鐘模組之電源接腳與 I2C 訊號接腳。

預期完成組裝目標

當完成硬體、電路與軟體安裝後，只要再接上電源就可以完成 PM2.5 空氣感測器的裝置了。

本文為『PM 2.5 空氣感測器』系列第二篇：硬體組裝篇上，主要介紹之裝置所有元件，並且一步一步教導讀者如何將這些元件組裝，完成 PM 2.5 空氣感測器的硬體安裝。後續筆者還會繼續發表『PM 2.5 空氣感測器』系列的文章，讓我們在未來可以創造出更優質、智慧化的家庭。

註 1：北京攀藤科技有限公司是一家專注於空氣品質感測器研發、生產與銷售的高科技企業，作為行業領跑者，公司通過不斷創新和品質追求，已與國內外多家知名企業建立了良好的戰略合作夥伴關係。

參考資料：

• 曹永忠. (2016). 智慧家庭：PM2.5 空氣感測器（感測器篇）.   Retrieved fromhttp://vmaker.tw/project/view/695
• 曹永忠, 许智诚, & 蔡英德. (2014). Arduino 电风扇设计与制作: Using Arduino to Develop a Controller of the Electric Fan. 台湾、彰化: 渥玛数位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2013). Arduino 電風扇設計與製作: The Design and Development of an Electronic Fan by Arduino Technology (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014a). Arduino EM-RFID 門禁管制機設計:The Design of an Entry Access Control Device based on EM-RFID Card (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014b). Arduino RFID 门禁管制机设计: Using Arduino to Develop an Entry Access Control Device with RFID Tags. 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2014c). Arduino RFID 門禁管制機設計: The Design of an Entry Access Control Device based on RFID Technology (初版 ed.). 台灣、彰化: 渥瑪數位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015a). Ameba 空气粒子感测装置设计与开发(MQTT篇):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.
• 曹永忠, 許智誠, & 蔡英德. (2015b). Ameba 空氣粒子感測裝置設計與開發(MQTT篇)):Using Ameba to Develop a PM 2.5 Monitoring Device to MQTT (初版 ed.). 台湾、彰化: 渥瑪數位有限公司.