2、核心传感器选型与原理

好，咱们进入正题。这一章我带你看看空气质量监测里最核心的几个传感器。说白了，你选对了传感器，项目就成功了一半。我在做工业级净化器项目时，踩过不少传感器的坑，今天把这些经验都抖出来。

2.1 粉尘传感器：PMS5003 工作原理

先聊粉尘传感器。我个人习惯用 PMS5003，这玩意儿是攀藤科技的经典款。为什么选它？因为性价比高，数据稳定，而且用的人多，遇到问题好找资料。

工作原理其实不复杂：它内部有个激光二极管，发出激光照射到空气中的颗粒物。颗粒物会把光散射掉，然后一个光电探测器接收散射光信号。信号强弱跟颗粒物浓度成正比。

嗯，这里要注意：PMS5003 能测两种数据——PM1.0、PM2.5、PM10 的浓度，还有 0.3μm、0.5μm、1.0μm 等不同粒径的颗粒物数量。我一般只看 PM2.5，因为这是空气质量的核心指标。

关键参数：

  • 测量范围：0~500 μg/m³
  • 精度：±10% @ 100~500 μg/m³
  • 输出方式：UART 串口（默认 9600 波特率）
  • 工作电压：5V（注意！不是 3.3V）

我曾经犯过的错：第一次用 PMS5003 时，直接接了 3.3V 供电，结果数据全是 0。查了半天才发现，这货需要 5V 供电，但数据引脚是 3.3V 电平。所以记得用 5V 供电，数据线直接连 ESP32 的 3.3V 引脚就行。

通信方式很简单：UART。ESP32 发一个读取命令，传感器就回一串 32 字节的数据包。你想想看，解析起来其实挺容易的——前两个字节是包头 0x42 0x4D，后面跟着各种数据。

// PMS5003 数据解析示例（Arduino 框架）
uint8_t buffer[32];
if (Serial2.available() >= 32) {
    Serial2.readBytes(buffer, 32);
    if (buffer[0] == 0x42 && buffer[1] == 0x4D) {
        uint16_t pm25 = (buffer[5] << 8) | buffer[6];
        Serial.printf("PM2.5: %d μg/m³\n", pm25);
    }
}

2.2 温湿度传感器：DHT22 原理

温湿度传感器，我推荐 DHT22。为什么不是 DHT11？因为 DHT11 精度太差了，温度 ±2°C，湿度 ±5%，做项目根本不够用。DHT22 的温度精度 ±0.5°C，湿度 ±2%，这才像话。

工作原理：DHT22 内部有个电容式湿度传感器和一个 NTC 热敏电阻。湿度靠电容变化来测——空气中的水分子会影响介电常数，电容值就变了。温度靠热敏电阻的阻值变化来算。

通信方式比较特殊：单总线协议。说白了就是一根数据线，既当输入又当输出。ESP32 先拉低总线 18ms 启动通信，然后传感器回传 40 位数据。这 40 位里，前 16 位是湿度，中间 16 位是温度，最后 8 位是校验和。

我的经验：DHT22 的采样间隔至少 2 秒。你如果读得太快，它会罢工。我在一个项目里没注意这个，结果数据每隔几秒就跳成 0。后来加了 delay(2000) 才搞定。

// DHT22 读取示例（使用 DHT 库）
#include <DHT.h>
DHT dht(4, DHT22);  // GPIO4

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    dht.begin();
}

void loop() {
    float temp = dht.readTemperature();
    float hum = dht.readHumidity();
    if (!isnan(temp) && !isnan(hum)) {
        Serial.printf("温度: %.1f°C, 湿度: %.1f%%\n", temp, hum);
    }
    delay(2000);  // 必须等 2 秒
}

2.3 气体传感器：MQ-135 原理

MQ-135 是用来测空气质量综合指标的，比如氨气、苯、烟雾这些。它是个模拟传感器，输出的是电压值，不是具体浓度。

工作原理：内部有个二氧化锡（SnO₂）气敏材料。在清洁空气中，它的电阻比较高。遇到污染气体时，电阻会下降。你想想看，电阻变了，输出电压就变了。ESP32 通过 ADC 读取这个电压，就能判断空气污染程度。

不过要注意：MQ-135 需要预热。刚上电时，数据会漂移。我建议预热 5 分钟再开始读数。另外，它功耗比较大，加热电流约 150mA，别用 ESP32 的 3.3V 直接供电，得用 5V。

MQ-135 的典型应用：

  • 读取 ADC 值（0~4095，对应 0~3.3V）
  • 根据电压值判断空气质量等级
  • 配合校准曲线可以估算 CO₂ 浓度（但精度有限）
// MQ-135 读取示例
int mq135Pin = 34;  // ADC 引脚
void setup() {
    Serial.begin(115200);
    analogReadResolution(12);  // 12 位精度
}

void loop() {
    int adcValue = analogRead(mq135Pin);
    float voltage = adcValue * (3.3 / 4095.0);
    Serial.printf("ADC: %d, 电压: %.2fV\n", adcValue, voltage);
    delay(1000);
}

我曾经踩过的坑：MQ-135 对酒精也很敏感。有一次我在实验室喷了酒精消毒，结果数据直接爆表。所以如果你在厨房或实验室用，记得区分污染源。

2.4 I2C 与 UART 通信协议回顾

好，最后咱们快速回顾一下两种通信协议。你想想看，传感器跟 ESP32 怎么说话？主要就靠 I2C 和 UART。

UART（串口）

UART 就是一根发送线（TX）、一根接收线（RX）。数据按字节一个一个发，波特率要一致。PMS5003 用的就是 UART，波特率 9600。

  • 优点：简单，硬件支持广泛
  • 缺点：只能点对点，不能挂多个设备
  • ESP32 有 3 个 UART，够用了

I2C（IIC）

I2C 用两根线：SCL（时钟）和 SDA（数据）。可以挂多个设备，每个设备有唯一地址。DHT22 其实不是 I2C，但很多温湿度传感器（比如 BME280）是 I2C 的。

  • 优点：两根线挂一堆设备
  • 缺点：速度比 UART 慢，距离短
  • 地址冲突要注意：两个传感器用同一个地址就麻烦了

我的建议：如果传感器数量少（1~2 个），用 UART 更省事。如果传感器多（3 个以上），用 I2C 能省 GPIO 引脚。我在一个项目里挂了 5 个 I2C 传感器，只用两根线，爽得很。

好了，这一章的核心内容就这些。你掌握了 PMS5003、DHT22、MQ-135 的原理和用法，再搞懂 I2C 和 UART，后面做联动控制就轻松多了。下一章咱们开始动手接线和写代码。

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