項目場景：

筆者前段時間接觸到了一個環境監測類的項目，需要對空氣質量進行讀取。也因此買了部分氣體類的傳感器進行調試。調試過程中就遇到了這麼一個粉塵傳感器——GP2Y1010AU0F。在樹莓派上很多資料對應這個模塊記錄是少之又少的。接下來筆者就記錄一下這個模塊在樹莓派上的使用與心得，希望能給讀者一定的幫助。

例程缺失：

筆者的傳感器是在淘寶的一家微雪電子購買的灰塵傳感器 GP2Y1014AU0F PM2.5 粉塵顆粒霧霾檢測儀。本來看說明看他是ADC模擬信號傳輸的，想着應該是蠻簡單的。結果卻是踩了個大坑。

微雪電子提供的模塊是底下有含PCB板的，這相對其他店需要手動焊接還是比較方便的。他們也給了模塊的相應資料與代碼例程，裏面也較爲詳細的解釋了該模塊的工作原理。可惜的是給只有STM32與Arduino的代碼例程。

原因分析：

看到給的例程裏沒有樹莓派的，筆者也是有點懵的，畢竟筆者的樹莓派都是在這家店買的。有可能是因爲樹莓派缺少AD轉換模塊，寫起來比較複雜吧。
不過筆者有買過一個傳感器集成模塊Sense HAT (B)，裏面有對AD的轉化。也曾爲其寫過一篇博客多傳感器(大氣壓溫溼度氣體濃度ADC採樣)集合。當時筆者也做的是這個項目，只不過當時粉塵數據一直出不來，就沒寫進去。

問題描述：

既然沒有例程，那就只能自己寫。剛開始筆者沒有注意到還有燈的驅動這麼個條件。只是仿照着常規ADC的寫，結果可想而知(採樣一直處於0的位置)。。。
看到如下圖這麼個控制原理，我才發現這個不是想象中那樣的簡單。

這個模塊是需要開啓內置的一個LED燈，等待0.28ms才能穩定讀取數值。STM32與Arduino的代碼中1ms都是delay(1000)的。但是樹莓派time.sleep(1)就是1秒。因此0.28ms相當於time.sleep(0.00028)。
接下來是接線部分：

燈是用杜邦線接到了GPIO.4處，對應的物理引腳編碼爲16

根據資料中的Arduino代碼，我寫出瞭如下代碼(附上ADC代碼源)。
main.py

# coding=UTF-8
import RPi.GPIO as GPIO
from ADC import ADS1015
from ADC import ADS_POINTER_CONFIG
import time
import math
import smbus
#import serial

COV_RATIO = 0.2 # //ug/mmm / mv
NO_DUST_VOLTAGE = 400 # //mv
SYS_VOLTAGE = 5000  

density=0.0
voltage=0.0
#int adcvalue=0
def SendVideo():
    ads1015=ADS1015()
    state=ads1015._read_u16(ADS_POINTER_CONFIG) & 0x8000 #    氣體傳感器連接確立
    
    if(state!=0x8000):
        print("\nADS1015 Error\n")
        # 收集氣體數據
        
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    IN1 = 16
    GPIO.setwarnings(False)
    GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)    # 初始化二極管燈
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW) # 關閉二級管燈
    #ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0",9600)
    
    #def Filter(m):
        
    
    while 1:
        GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH) # 啓動二極管燈
        #AIN2_DATA=ads1015.ADS1015_SINGLE_READ(2)
        time.sleep(0.00028) # 等待0.28ms
        
        AIN2_DATA=ads1015.ADS1015_SINGLE_READ(2)
        #AIN0_DATA=((AIN0_DATA*2-64)/2000.00+0.02)*2
        
        time.sleep(0.00004) # 持續採集0.04ms
        GPIO.output(IN1,GPIO.LOW) # 關閉二級管燈
        time.sleep(0.00986)
        voltage=(5000/1024.0)*AIN2_DATA*1.1*2 # 計算氣體濃度
        
        if(voltage >= NO_DUST_VOLTAGE):
            voltage -= NO_DUST_VOLTAGE
            density = voltage * COV_RATIO
        else:
            density = 0
    
        FG="The current dust concentration is:"+str(round(density,2))+" ug/m3"
        #FG=voltage
        print(FG)
        time.sleep(0.100)
        # F6=FG.encode('utf-8')

        # sock.send(str.encode(str(len(F6)).ljust(16)));
        # sock.send(F6)
                
if __name__ == '__main__':
    SendVideo()

ADC.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding:utf-8 -*-
import time
import smbus
#i2c address
ADS_I2C_ADDRESS                   = 0x48

#Pointer Register
ADS_POINTER_CONVERT               = 0x00 # 指針_轉換
ADS_POINTER_CONFIG                = 0x01 # 指針_配置
ADS_POINTER_LOWTHRESH             = 0x02 # 低閾值
ADS_POINTER_HIGHTHRESH            = 0x03 # 高閾值

#Config Register
ADS_CONFIG_OS_BUSY                  = 0x0000      #Device is currently performing a conversion 設備當前正在執行轉換
ADS_CONFIG_OS_NOBUSY                = 0x8000      #Device is not currently performing a conversion 設備當前沒有執行轉換             
ADS_CONFIG_OS_SINGLE_CONVERT        = 0x8000      #Start a single conversion (when in power-down state) 開始單次轉換(在掉電狀態下) 
ADS_CONFIG_OS_NO_EFFECT             = 0x0000      #No effect 沒有效果
ADS_CONFIG_MUX_MUL_0_1              = 0x0000      #Input multiplexer,AINP = AIN0 and AINN = AIN1(default 系統默認值) 輸入複用器
ADS_CONFIG_MUX_MUL_0_3              = 0x1000      #Input multiplexer,AINP = AIN0 and AINN = AIN3 輸入複用器
ADS_CONFIG_MUX_MUL_1_3              = 0x2000      #Input multiplexer,AINP = AIN1 and AINN = AIN3 輸入複用器
ADS_CONFIG_MUX_MUL_2_3              = 0x3000      #Input multiplexer,AINP = AIN2 and AINN = AIN3 輸入複用器
ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_0             = 0x4000      #SINGLE,AIN0
ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_1             = 0x5000      #SINGLE,AIN1
ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_2             = 0x6000      #SINGLE,AIN2
ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_3             = 0x7000      #SINGLE,AIN3
ADS_CONFIG_PGA_6144                 = 0x0000      #Gain= +/- 6.144V
ADS_CONFIG_PGA_4096                 = 0x0200      #Gain= +/- 4.096V
ADS_CONFIG_PGA_2048                 = 0x0400      #Gain= +/- 2.048V(default) 偏差正負2
ADS_CONFIG_PGA_1024                 = 0x0600      #Gain= +/- 1.024V
ADS_CONFIG_PGA_512                  = 0x0800      #Gain= +/- 0.512V
ADS_CONFIG_PGA_256                  = 0x0A00      #Gain= +/- 0.256V
ADS_CONFIG_MODE_CONTINUOUS          = 0x0000      #Device operating mode:Continuous-conversion mode 設備運行模式:連續轉換模式        
ADS_CONFIG_MODE_NOCONTINUOUS        = 0x0100      #Device operating mode：Single-shot mode or power-down state (default) 設備運行模式:單發模式或掉電狀態(默認)
ADS_CONFIG_DR_RATE_128              = 0x0000      #Data rate=128SPS 數據率
ADS_CONFIG_DR_RATE_250              = 0x0020      #Data rate=250SPS
ADS_CONFIG_DR_RATE_490              = 0x0040      #Data rate=490SPS
ADS_CONFIG_DR_RATE_920              = 0x0060      #Data rate=920SPS
ADS_CONFIG_DR_RATE_1600             = 0x0080      #Data rate=1600SPS
ADS_CONFIG_DR_RATE_2400             = 0x00A0      #Data rate=2400SPS
ADS_CONFIG_DR_RATE_3300             = 0x00C0      #Data rate=3300SPS
ADS_CONFIG_COMP_MODE_WINDOW         = 0x0010      #Comparator mode：Window comparator 比較器模式:窗口比較器
ADS_CONFIG_COMP_MODE_TRADITIONAL    = 0x0000      #Comparator mode：Traditional comparator (default) 比較器模式:傳統比較器(默認)
ADS_CONFIG_COMP_POL_LOW             = 0x0000      #Comparator polarity：Active low (default) 比較器極性:低電平有效(默認)
ADS_CONFIG_COMP_POL_HIGH            = 0x0008      #Comparator polarity：Active high
ADS_CONFIG_COMP_LAT                 = 0x0004      #Latching comparator  鎖存比較器
ADS_CONFIG_COMP_NONLAT              = 0x0000      #Nonlatching comparator (default) 無鎖存
ADS_CONFIG_COMP_QUE_ONE             = 0x0000      #Assert after one conversion 一次轉換後斷言
ADS_CONFIG_COMP_QUE_TWO             = 0x0001      #Assert after two conversions 兩次轉換後斷言
ADS_CONFIG_COMP_QUE_FOUR            = 0x0002      #Assert after four conversions 四次轉換後斷言
ADS_CONFIG_COMP_QUE_NON             = 0x0003      #Disable comparator and set ALERT/RDY pin to high-impedance (default) 禁用比較器並將ALERT/RDY引腳設置爲高阻抗(默認)

Config_Set = 0

class ADS1015(object):
    def __init__(self,address=ADS_I2C_ADDRESS):
        self._address = address
        self._bus = smbus.SMBus(1)
    def ADS1015_SINGLE_READ(self,channel):                    #Read single channel data 讀取單通道數據
        data=0
        Config_Set =  ( ADS_CONFIG_MODE_NOCONTINUOUS        |   #mode：Single-shot mode or power-down state    (default) 模式:單觸發模式或掉電狀態
                        ADS_CONFIG_PGA_4096                 |   #Gain= +/- 4.096V                              (default)
                        ADS_CONFIG_COMP_QUE_NON             |   #Disable comparator                            (default)
                        ADS_CONFIG_COMP_NONLAT              |   #Nonlatching comparator                        (default)
                        ADS_CONFIG_COMP_POL_LOW             |   #Comparator polarity：Active low               (default)
                        ADS_CONFIG_COMP_MODE_TRADITIONAL    |   #Traditional comparator                        (default)
                        ADS_CONFIG_DR_RATE_1600             )   #Data rate=1600SPS                             (default)
        if channel == 0:
            Config_Set |= ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_0
        elif channel == 1:
            Config_Set |= ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_1
        elif channel == 2:
            Config_Set |= ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_2
        elif channel == 3:
            Config_Set |= ADS_CONFIG_MUX_SINGLE_3
        Config_Set |=ADS_CONFIG_OS_SINGLE_CONVERT
        self._write_word(ADS_POINTER_CONFIG,Config_Set)
        #time.sleep(0.01)
        data=self._read_u16(ADS_POINTER_CONVERT)>>4
        #print(data)
        return data
    def _read_u16(self,cmd):
        LSB = self._bus.read_byte_data(self._address,cmd)
        MSB = self._bus.read_byte_data(self._address,cmd+1)
        return (LSB << 8) + MSB
    def _write_word(self, cmd, val):
        Val_H=val&0xff
        Val_L=val>>8
        val=(Val_H<<8)|Val_L
        self._bus.write_word_data(self._address,cmd,val)

main.py代碼中有個time.sleep(0.00986)是我看其他資料說燈有個10ms的週期，也不知道是不是這樣的，最後結果感覺去掉也沒什麼不一樣。
不過這個代碼剛運行出來時數據都是(0)ug/m3。說明我的採樣還是有問題的。

異常數據分析

因此筆者注意起了這個燈，燈貌似是看不見它有點亮的。還好筆者有個led燈模塊測試了一下，排除了自身燈異常的問題。接下來是給出燈的測試代碼(由於本身的0.28ms太小了，直接看燈是一直亮着的，因此每個延遲函數擴了100倍，能看到燈在閃)。

led.py:

# coding=UTF-8
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
IN1 = 16
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setup(IN1,GPIO.OUT)
while 1:
    GPIO.output(IN1,GPIO.HIGH)

    time.sleep(0.028)
    time.sleep(0.004) # 持續採集0.04ms
    GPIO.output(IN1,GPIO.LOW) # 關閉二級管燈
    time.sleep(0.986)

因此燈的代碼編輯是沒有問題的。所以我把注意力轉移到了ADC採樣上。接下來我只運行了燈的代碼，有萬用表測了一下AOUT與GND的電壓。發現量程都到最低檔了，也就只有週期性的一點的變化。

我的ADC採樣模塊雖然算是精度比較高的，但有可能因爲筆者在室內，空氣質量相對較好。測得的粉塵數值因此過於小，採樣的時候沒有捕捉到微量的變化。它既然是測粉塵質量的，那要是粉塵過大，數值應該就上來了。
於是，筆者插了根杜邦線進去。。。。
這一根下去，數據馬上就發生了變化。數據直接達到了300左右。但是會一直維持在300值不變。於是筆者將杜邦線不規則的劃來劃去，數值也相應的發生了變化，如下圖所示。

在上圖中筆者發現293.83數值較多，後面筆者將一整個鑰匙插進去，也是這麼個數值。這可能是這個模塊的閾值吧。查了查數據對照表，發現300也算是嚴重污染了。

數據分析：

整個記錄做好以後，筆者做出瞭如下分析：
a.ADC採樣精度不夠，影響了該記錄的大量時間。
b.有可能是這個模塊GP2Y1010AU0F不是特別靈敏了，現在淘寶上還有GP2Y1014AU0F甚至GP2Y1015AU0F的。15版本是用串口收發數據了，不需要管led燈的事情，相對比較方便，這個csdn也有了對應的教程與代碼。

bilibili上筆者也找到了這樣一個視頻[教程]70塊錢搞定樹莓派檢測PM2.5和有害氣體

裏面用的ADC採樣模塊是ADS1115。筆者模塊裏集成的是ADS1015.他那裏的相對較精準一些吧，而且裏面有提供外國網站的ADS1115例程鏈接。
測PM2.5的模塊則是GP2Y1014AU0F，可能也會比我這個精準一些，他視頻裏面出來的數據也相對較好。筆者既然現在已經買了這兩個搭配，出來的數據也還一般，已經有筆者這樣搭配的模塊可以作爲參考。

參考：

樹莓派遠程監控空氣質量
 用樹莓派做PM2.5檢測儀–歐姆龍篇
 樹莓派傳感器模塊Sense HAT (B)的使用多傳感器(大氣壓溫溼度氣體濃度ADC採樣)集合通過一個.py文件運行
 基於樹莓派的空氣監測系統（3）PM2.5模塊程序

總結：

現在筆者能出數據，說明模塊內的ILED燈是正常的，但肉眼確實看不到。
硬件編程上數據出現問題排查起來還是非常困難的，其實我這個結果一直都只是因爲精度不夠，數據其實還是可以出來的，離成功只差一根杜邦線而已。不過對問題的分析與排查還是需要在硬件與代碼上綜合分析。希望我的記錄能對讀者有一定的幫助。
感謝各位觀看，如有不足，歡迎在評論內留言與討論。如果覺得寫得好的，可以給我點贊+收藏+關注哦，再次感謝各位！

樹莓派空氣質量檢測之——GP2Y1010AU0F粉塵傳感器模塊的使用記錄

項目場景：

例程缺失：

原因分析：

問題描述：

異常數據分析

數據分析：

參考：

總結：

爲什麼要⽤ Foundry

【筆記】動手學深度學習-預備知識

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樹莓派空氣質量檢測之——GP2Y1010AU0F粉塵傳感器模塊的使用記錄

每天學一個 Linux 命令（5）：grep

手寫算法-python代碼實現邏輯迴歸（帶L1、L2正則項）

一張圖看懂linux內核中percpu變量的實現

硬盤提示無法訪問由於IO設備錯誤的數據找回方法

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結