2、传感器基础：认识常见的环境传感器

各位同学，今天咱们来聊聊传感器的那些事儿。说实话，做物联网项目，传感器就是你的眼睛和耳朵。选对了传感器，项目就成功了一半。我刚开始做环境监测那会儿，就吃过不少亏，今天把这些经验都抖给你们。

2.1 温湿度传感器——最基础的感知

温湿度传感器，说白了就是测量空气里有多少水汽、温度有多高。这类传感器在市面上最常见，价格也最亲民。

工作原理：

• 电容式：利用高分子薄膜吸湿后介电常数变化的原理。湿度一变，电容值就跟着变。
• 电阻式：用湿敏电阻，湿度高了电阻变小，湿度低了电阻变大。

我个人习惯用DHT22，精度比DHT11高不少。DHT11只能到±2°C、±5%RH，而DHT22能做到±0.5°C、±2%RH。价格差几块钱，但数据靠谱多了。

常用的温湿度传感器型号：

2.2 PM2.5传感器——看不见的杀手

PM2.5，就是空气中直径小于2.5微米的颗粒物。你想想看，头发丝的直径大概70微米，PM2.5只有它的1/30。肉眼根本看不见，但它能直接钻进肺泡，危害很大。

工作原理：

• 激光散射法：用激光照射空气中的颗粒，颗粒会把光散射到各个方向。传感器通过检测散射光的强度，推算出颗粒物的浓度。
• 红外法：原理类似，但用红外LED代替激光。精度差一些，但成本低。

我在项目中用过攀藤的PMS5003，性价比很高。它内部有个小风扇，把空气吸进去测量。嗯，这里要注意——风扇是有寿命的，大概能用2-3年。如果项目要求长期运行，建议选无风扇的型号，比如Sensirion的SPC30。

PM2.5传感器的关键参数：

• 量程：一般0-1000 μg/m³就够用。重度污染也就300-500 μg/m³。
• 响应时间：激光散射法一般<10秒，红外法可能要30秒以上。
• 精度：好的传感器能做到±10 μg/m³，差的可能±30 μg/m³。

2.3 CO2传感器——判断通风的黄金指标

CO2浓度是衡量室内空气质量的重要指标。你想想看，一个房间里人多了，CO2浓度就会上升。超过1000ppm，人就会觉得头晕、犯困。超过2000ppm，注意力明显下降。

工作原理：

• 非色散红外吸收法（NDIR）：CO2分子会吸收特定波长的红外光（4.26μm）。传感器发射红外光穿过气室，检测被吸收了多少。吸收越多，CO2浓度越高。
• 电化学法：通过化学反应产生电流，电流大小与CO2浓度成正比。但寿命短，一般2-3年。

我个人强烈推荐NDIR传感器。虽然贵一点，但稳定、寿命长。MH-Z19B是我常用的型号，价格在50-80元，精度能做到±50ppm + 读数的5%。

CO2传感器的典型读数范围：

2.4 TVOC传感器——看不见的化学污染

TVOC，总挥发性有机化合物。说白了，就是空气中各种有机化学物质的统称。新装修的房子、新买的家具，都会释放TVOC。甲醛就是其中一种。

工作原理：

• 金属氧化物半导体法（MOS）：传感器表面有一层金属氧化物薄膜。TVOC分子吸附上去后，会改变薄膜的电阻值。电阻变化越大，TVOC浓度越高。
• 光离子化检测法（PID）：用紫外灯照射气体，把TVOC分子电离成离子。检测离子电流的大小，就能算出浓度。精度高，但价格也高。

家用项目，我建议用MOS传感器，比如SGP30。价格30-50元，能同时输出TVOC和eCO2（等效CO2）。但要注意，MOS传感器需要预热——刚上电时读数不准，要等30秒到1分钟才能稳定。

TVOC的浓度分级：

• 优秀：0-200 ppb
• 良好：200-500 ppb
• 一般：500-1000 ppb
• 差：>1000 ppb

2.5 传感器选型实战建议

说了这么多，到底怎么选？我总结了几条经验：

1. 看预算：家用项目，温湿度用DHT22（10元），PM2.5用PMS5003（40元），CO2用MH-Z19B（60元），TVOC用SGP30（40元）。全套下来150元左右，性价比很高。
2. 看接口：I2C接口最省IO口，一条线上能挂多个传感器。单总线（DHT系列）也还行，但每个传感器要单独一根线。
3. 看功耗：电池供电的项目，选低功耗型号。比如BME280的待机电流只有0.1μA，而PMS5003的风扇一开就是100mA。
4. 看环境：高温高湿环境，选工业级传感器。普通家用，商业级就够了。

好了，这一章就到这里。下一章咱们聊聊怎么把这些传感器接到单片机上，以及怎么读取数据。到时候我会手把手教大家写驱动代码，保证你们看完就能上手。