【ESP32】PMS5003で空気中の粒子状物質を測定してみた

はじめに

空気清浄機の謳い文句で「PM2.5を除去」といったものを見かけることがありませんか？
今回はESP32とPMS5003を使ってPM0.3～PM10を一挙に測定してみました．

PMS5003について

PMS5003は粒子状物質（Particulate Matter）を測定することができるセンサで，いわゆるPM○○の濃度がわかります．正確には，単位体積あたりの粒子を直径ごとに個数単位で取得できる優れものです．

上の図はPMS5003のデータシートから引用した内部の仕組みの構成図です．PMS5003には5Vで動作するファンが内蔵されていて，そこから外気を取り込んでいます．そして取り込んだ外気をレーザー光で照射し，その散乱光の時間変化から粒子の個数を特定しているみたいです．（cf. MIE散乱）

回路

PMS5003はシリアルインターフェースとしてUARTを採用しているため，一般的なUARTのクロス結線に基づいて回路を作成しました．
また，ファンを稼働させるために5Vの電圧が必要なので，PMS5003のVCCをESP32の5V電圧のピンと接続しています．

ピン	役割	説明
PIN1	VCC	Positive power 5V
PIN2	GND	Negative power
PIN3	SET	Set pin /TTL level@3.3V，high level or suspending is normal working status, while low level is sleeping mode.
PIN4	RX	Serial port receiving pin/TTL level@3.3V
PIN5	TX	Serial port sending pin/TTL level@3.3V
PIN6	RESET	Module reset signal /TTL level@3.3V，low reset.
PIN7/8	NC

ソースコード（ESP32）

ソースコードはmartonz氏のpms5003.pyを参考にさせていただきました．
一分間隔で10回取得してます．

pm_test.py

import utime
try:
    import struct
except ImportError:
    import ustruct as struct
from machine import UART

ACQ_NUM = 10
SLEEP_TIME = 60

uart = UART(1, baudrate=9600, tx=1, rx=3, timeout=2000)
buffer = []

for i in range(ACQ_NUM):
    data = uart.read(32)
    data = list(data)
    
    buffer += data

    while buffer and buffer[0] != 0x42:
        buffer.pop(0)

    if len(buffer) > 200:
        buffer = []
    if len(buffer) < 32:
        continue

    if buffer[1] != 0x4d:
        buffer.pop(0)
        continue

    frame_len = struct.unpack(">H", bytes(buffer[2:4]))[0]
    if frame_len != 28:
        buffer = []
        continue

    frame = struct.unpack(">HHHHHHHHHHHHHH", bytes(buffer[4:]))

    pm10_standard, pm25_standard, pm100_standard, pm10_env, \
        pm25_env, pm100_env, particles_03um, particles_05um, particles_10um, \
        particles_25um, particles_50um, particles_100um, skip, checksum = frame

    check = sum(buffer[0:30])

    if check != checksum:
        buffer = []
        continue
        
    print("---------------------------------------")
    print("Particles > 0.3um / 0.1L air:", particles_03um)
    print("Particles > 0.5um / 0.1L air:", particles_05um)
    print("Particles > 1.0um / 0.1L air:", particles_10um)
    print("Particles > 2.5um / 0.1L air:", particles_25um)
    print("Particles > 5.0um / 0.1L air:", particles_50um)
    print("Particles > 10 um / 0.1L air:", particles_100um)
    print("---------------------------------------")
    
    utime.sleep(SLEEP_TIME)
    
print("DONE!")

実行結果

#おわりに
今回はESP32とPMS5003を使って空気中のPMを測定してみました．
どちらも比較的安価なので皆さんも試してみてはいかがでしょうか．