PMS7003M

北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 DSENSOR 数字式通用颗粒物浓度传感器 PMS7003M 数据手册 编制 周勇 版本 V2.5 审核 郑皓馨 发布日期 2016-07-02 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 0.3μ m  全新专利结构，六面全方位屏蔽，抗干扰性能更强  进出风口方向可选，适用范围广，用户无需再进行风道设计  超薄设计，仅有 12 毫米，适用于便携式设备 概述 PMS7003M 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 粒径的颗粒物数量。传感器各功能部分框图如图 1 所示 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 空气 传感器 激光源 空气通道 光散射 测量腔体 发生组件 激光 光 电信号 滤波放大 电信号 微处理器 电路 数字信号 空气 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 颗粒物测量范围 0.3~1.0；1.0~2.5；2.5~10 颗粒物计数效率 50%@0.3 微米 单位 微米（μ m） 98%@>=0.5 微米 颗粒物质量浓度有效量 0~500 微克/立方米 程（PM2.5 标准值） 颗粒物质量浓度最大量 ≥1000 微克/立方米 程（PM2.5 标准值）* 颗粒物质量浓度分辨率 1 微克/立方米 颗粒物质量浓度一致性 ±10%@100~500 微克/立方米 （PM2.5 标准值）* ±10 微克/立方米@0~100 微克/立方米 称准体积 0.1 升（L） 单次响应时间 ＜1 秒（s） 综合响应时间 ≤10 秒（s） 直流供电电压 Typ:5.0 Min:4.5 Max: 5.5 伏特（V） 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 工作电流 ≤100 毫安（mA） 待机电流 ≤200 微安（μ A） 数据接口电平 L 2.7@3.3 伏特（V） 工作温度范围 -10~+60 摄氏度（℃） 工作湿度范围 0~99% 储存温度范围 -40~+80 摄氏度（℃） 平均无故障时间 ≥3 年（Y） 最大尺寸 48×37×12 毫米（mm） 注 1：最大量程指本传感器确保 PM2.5 标准值最高输出数值不小于 1000 微克/ 立方米。1000 微克/立方米以上以实测为准。 注 2：颗粒物浓度一致性数据为通讯协议中的数据 2（见附录 A）测量环境条件 为 20℃，湿度 50% 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。 输出分为主动输出和被动输出两种状态。传感器上电后默认状态为主动输出，即 传感器主动向主机发送串行数据，时间间隔为 200~800ms，空气中颗粒物浓度越 高，时间间隔越短。主动输出又分为两种模式：平稳模式和快速模式。在空气中 颗粒物浓度变化较小时，传感器输出为平稳模式，即每三次输出同样的一组数值， 实际数据更新周期约为 2s。当空气中颗粒物浓度变化较大时，传感器输出自动 切换为快速模式，每次输出都是新的数值，实际数据更新周期为 200~800ms。 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 外形结构及接口定义 图 2 外形及接口定义 PIN1 PIN2 PIN3 PIN4 PIN5 PIN6 PIN7 PIN8 VCC VCC GND GND RESET NC RX NC PIN9 PIN10 TX SET 表 2 数字接口管脚定义 电源正 5V 电源正 5V 电源负 电源负 模块复位信号/TTL 电平@3.3V，低复位 串口接收管脚/TTL 电平@3.3V 串口发送管脚/TTL 电平@3.3V 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 典型电路连接 图 3 典型电路连接图 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 电路设计应注意 1. PMS7003M 需要 5V 供电，这是因为风机需要 5V 驱动。但其他数据通讯和控 制管脚均需要 3.3V 作为高电平。因此与之连接通讯的主板 MCU 应为 3.3V 供 电。如果主板 MCU 为 5V 供电，则在通讯线（RXD、TXD）和控制线（SET、 RESET）上应当加入电平转换芯片或电路。 2. SET 和 RESET 内部有上拉电阻，如果不使用，则应悬空。 3. PIN6 和 PIN8 为程序内部调试用，应用电路中应使其悬空。 4. 应用休眠功能时应注意：休眠时风扇停止工作，而风扇重新启动需要至少 30 秒的稳定时间，因此为获得准确的数据，休眠唤醒后传感器工作时间不应低 于 30 秒。 典型输出特性 纵坐标单位：μ g/m³(PM2.5 质量浓度标准值，附录 A 数据 2) 横坐标单位：次 图 4-1 传感器常温一致性（20℃） 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 图 4-2 传感器高温一致性（43℃） 图 4-3 传感器低温一致性（-5℃） 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 图 4-4 传感器长时间连续运行一致性（30 天） 温度与一致性的对应关系 横坐标为温度，单位：℃ 图 5 最大一致性偏差绝对值随温度变化的关系 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 可靠性测试 序号 项目 测试方法 判定标准 n C 1 长时间运行 1、 10 ㎡封闭实验室，温度 20~25℃， 湿度 30~70%，颗粒物发生器送烟， 空气净化器调节。 2、 直流 5V 通电 3、连续运行 720 小时后检测一致性 颗 粒 物 浓 度 n=30 C=0 1、10 ㎡恒温实验室，温度 43℃，湿度 70%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、直流 5V 通电检测一致性 0~100μ g/m³ 各测试样机与标 准机之间最大误 3 4 2 5 6 7 8 高温运行 低温运行 振动 高温高湿储存 低温储存 电源波动 电源开关 1、10 ㎡恒温实验室，温度-5℃，湿度 30%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、直流 5V 通电检测一致性 0~500μ g/m³之 间设置 10 个采 样点; 差在±15μ g/m ³之内； ³ 各测试样机与标 准机之间最大误 差 在 ± 15% 之 内； 1、 恒温柜，温度 70℃，湿度 90~95% 2、 放置 500 小时 3、 取出后直流 5V 通电检测一致性 颗 粒 物 浓 度 1、 10 ㎡封闭实验室，温度 20℃，湿度 50%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、 可调节直流电源，从 4.5V 上升到 5.5V，再下降到 4.5V，反复循环变化 2 小时，电压变化速度 0.1V/min。同 时检测一致性 1、10 ㎡封闭实验室，温度 20℃，湿度 50%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、直流 5V 供电，电源开关频率 0.5Hz， 持续 72 小时。结束后检测一致性 n=10 C=0 100~500 μ g/m 1、 10 ㎡封闭实验室，温度 20℃，湿度 50%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、 直流 5V 通电检测一致性 3、 振动频率：50Hz。 4、 加速度：9.8/ S²。 5、 振动方向：X、Y、Z 方向。 6、 振幅(垂直方向)：±2mm。 7、 试验时间：X、Y、Z 方向各 60 分钟。 1、 恒温柜，温度-30℃，湿度 90~95% 2、放置 500 小时 3、取出后直流 5V 通电检测一致性 n=10 C=0 n=5 C=0 风扇无明显异响 0~500μ g/m³之 间设置 10 个采 样点; 0~100μ g/m³ 各测试样机与标 准机之间最大误 n=10 C=0 n=10 C=0 n=5 C=0 差在±10μ g/m ³之内； 100~500 μ g/m ³ 各测试样机与标 准机之间最大误 差 在 ± 10% 之 内； n=10 C=0 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 9 休眠开关 1、10 ㎡封闭实验室，温度 20℃，湿度 风扇无明显异响 50%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、直流 5V 供电，休眠控制管脚（SET） 电平变换频率 0.5Hz，持续 72 小时。 结束后检测一致性 n=10 C=0 10 激光开关 1、10 ㎡封闭实验室，温度 20℃，湿度 50%，颗粒物发生器送烟，空气净化 器调节。 2、激光开关频率 50HZ，持续 240 小时， 结束后检测一致性 n=10 C=0 11 盐雾 浓度 5%工业盐水，水解喷雾 100 小时， 金属件无生锈和 取出用纯净水洗净，放置 48 小时 变色 n=1 C=0 型号定义 PMS 传感器类型 PMS- 颗 粒 物 浓 度传感器 70 型号版本 03M 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 M—进出风口在 正面 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 产品外观尺寸详图 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. 进风口和出风口所在的平面紧贴用户机内壁与外界连通的气孔为最佳安装方 式，如无法实现，则出风口周围 2cm 之内无遮挡。进风口和出风口之间应有 结构使气流隔离，避免气流在用户机内部从出风口直接回流到进风口。 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 3. 用户机内壁为进风口所开的通气孔不应小于进风口的尺寸。 4. 应用于净化器类产品时，尽量避免将传感器直接置于净化器自身风道中，如 果无法避免，应单独设置一个独立的结构空间，将传感器置于其中，使其与 净化器自身风道隔离。 5. 应用与净化器或固定检测设备时，传感器位置应高于地面 20cm 以上。否则 有可能被近地面的大尘埃颗粒甚至絮状物污染导致风扇缠绕阻转。 6. 传感器应用于户外固定设备时，对于沙尘暴、雨雪等天气以及杨柳絮的防护， 应由设备完成。 7. 传感器是一个整体元件，用户切勿将其拆解，包括金属屏蔽壳，以防出现不 可逆破坏。 其他注意事项 1. 本传感器数据确保出厂个体之间的一致性，不以第三方检测仪器或数据作为 对比标准。如用户希望最终测量结果和某第三方检测设备一致，可由用户根 据实际采集结果进行数据拟合。 2. 本传感器适用于普通室内环境。如用户设备在以下实际环境中使用,则应在传 感器外加相应防护措施，否则有可能因过度积尘、积油、进水导致数据一致 性下降： a) 全年尘埃浓度大于 300 微克/立方米时间超过 50% ，或大于 500 微克/立 方米时间超过 20%，如吸烟室 . b) 油烟环境，如厨房 c) 高水雾环境，如温泉、浴室。 d) d 户外 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 附 A：PMS7003M 传输协议 默认波特率：9600bps 校验位：无 协议总长度：32 字节 停止位：1 位 起始符 1 0x42 (固定) 起始符 2 0x4d (固定) 帧长度高八位 …… 帧长度低八位 …… 数据 1 高八位 …… *数据 1 表示 PM1.0 浓度（CF=1，标准颗粒物） 数据 1 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 2 高八位 …… 数据 2 表示 PM2.5 浓度（CF=1，标准颗粒物） 数据 2 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 3 高八位 …… 数据 3 表示 PM10 浓度（CF=1，标准颗粒物） 数据 3 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 4 高八位 …… *数据 4 表示 PM1.0 浓度（大气环境下） 数据 4 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 5 高八位 …… 数据 5 表示 PM2.5 浓度（大气环境下） 数据 5 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 6 高八位 ……. 数据 6 表示 PM10 浓度 （大气环境下） 数据 6 低八位 …… 单位μ g/m3 数据 7 高八位 …… 数据 7 表示 0.1 升空气中直径在 0.3um 以上 数据 7 低八位 …… 颗粒物个数 数据 8 高八位 …… 数据 8 表示 0.1 升空气中直径在 0.5um 以上 数据 8 低八位 …… 颗粒物个数 数据 9 高八位 …… 数据 9 表示 0.1 升空气中直径在 1.0um 以上 数据 9 低八位 …… 颗粒物个数 数据 10 高八位 …… 数据 10 表示 0.1 升空气中直径在 2.5um 以上 数据 10 低八位 …… 颗粒物个数 数据 11 高八位 …… 数据 11 表示 0.1 升空气中直径在 5.0um 以上 数据 11 低八位 …… 颗粒物个数 帧长度=2x13+2(数据+校验位) 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 数据 12 高八位 …… 数据 12 表示 0.1 升空气中直径在 10um 以上 数据 12 低八位 …… 颗粒物个数 数据 13 高八位 …… 版本号 数据 13 低八位 …… 错误代码 数据和校验高八位 …… 校验码=起始符 1+起始符 2+……..+数据 13 低 数据和校验低八位 …… 八位 注：标准颗粒物质量浓度值是指用工业金属颗粒物作为等效颗粒进行密度换算得 到的质量浓度值，适用于工业生产车间等环境。大气环境颗粒物质量浓度值以空 气中主要污染物为等效颗粒进行密度换算，适用于普通室内外大气环境。 北京攀藤科技有限公司 2016 年产品数据手册 附 B：传感器从机扩展指令协议 1. 主机通讯协议格式 特征字节 1 特征字节 2 指令字节 状态字节 1 状态字节 2 校验字节 1 校验字节 2 0x42 0x4d CMD DATAH DATAL LRCH LRCL 2. 指令及特征字节定义 CMD DATAH DATAL 说明 0xe2 X X 被动式读数 0xe1 X 00H-被动式 01H-主动式 状态切换 0xe4 X 00H-待机模式 01H-正常模式 待机控制 3. 指令应答： 0xe2: 应答 32 字节，同传感器规格书协议。 4. 校验字生成 从特征字开始所有字节累加和