pms7003_driver-GraftSense-Drivers-MicroPython
简介
这是一个基于MicroPython的空气质量监测系统，包含PMS7003激光粉尘传感器驱动和AQI（空气质量指数）计算功能。系统通过传感器读取空气中的PM2.5和PM10颗粒物浓度，并依据美国环保署（EPA）标准计算出对应的AQI值，适用于环境监测、智能家居等嵌入式开发场景。
主要功能
该系统主要提供两大核心功能：一是通过PMS7003驱动库读取传感器的实时数据，包括PM1.0、PM2.5、PM10的浓度及多种粒径颗粒物数量；二是通过AQI计算类，将PM2.5和PM10的浓度值转换为直观的空气质量指数。传感器支持主动（连续输出）和被动（请求-响应）两种工作模式，被动模式可通过睡眠和唤醒功能实现低功耗控制。
硬件要求
硬件要求包括：一个PMS7003激光粉尘传感器；一个支持MicroPython的开发板（如ESP32、RP2040）；用于连接传感器与开发板的UART接口，在示例中使用了UART0，TX引脚16，RX引脚17，波特率9600。
文件说明
项目包含三个主要文件：aqi.py是AQI计算类，提供基于PM2.5和PM10浓度的指数计算；pms7003.py是传感器驱动库，包含Pms7003（主动模式）和PassivePms7003（被动模式）两个类；main.py是示例程序，演示了如何初始化硬件、读取传感器数据并计算AQI值。
软件设计核心思想
软件设计采用面向对象思想，将传感器通信和AQI计算封装成独立的类，提高代码复用性和模块化程度。驱动层严格进行参数校验和通信协议解析（如校验和验证），确保数据可靠性。通过继承机制（PassivePms7003继承自Pms7003）复用主动模式的数据解析逻辑，同时扩展了被动模式下的命令控制，实现了两种模式的高效管理。
使用说明
使用前需正确连接传感器与开发板的UART引脚。对于主动模式，初始化Pms7003对象后，直接调用read()方法即可循环获取数据。对于被动模式，需初始化PassivePms7003对象，它在初始化时会自动切换传感器至被动模式；每次读取前需调用wakeup()唤醒传感器，读取后可用sleep()使其休眠以省电。获取PM2.5_ATM和PM10_ATM浓度后，调用AQI.aqi(pm2_5_atm, pm10_0_atm)即可得到综合AQI值。示例代码demo_active_mode()和demo_passive_mode()提供了完整的使用流程。
示例程序
# Python env : MicroPython v1.23.0
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time : 2025/1/10 下午3:00
# @Author : hogeiha
# @File : main.py
# @Description : PMS7003空气质量传感器数据读取与AQI计算程序
# ======================================== 导入相关模块 =========================================
# 导入AQI计算模块
from aqi import AQI
# 导入PMS7003传感器驱动模块
from pms7003 import Pms7003
# 导入机器模块的UART和Pin类
from machine import UART,Pin
# 导入时间模块
import time
# ======================================== 全局变量 ============================================
# ======================================== 功能函数 ============================================
def demo_active_mode():
"""
演示传感器主动模式数据读取
Args:无
Raises:
UartError: UART通信异常
Exception: 其他读取异常
Notes:主动模式下传感器持续输出数据，无需唤醒操作
==========================================
Demo sensor data reading in active mode
Args:None
Raises:
UartError: UART communication error
Exception: Other reading errors
Notes:Sensor continuously outputs data in active mode, no wake-up required
"""
print("=== Active Mode: Start reading PMS7003 data ===")
# 初始化UART0，波特率9600，TX引脚16，RX引脚17
uart0 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(16), rx=Pin(17))
# 初始化PMS7003传感器对象
sensor = Pms7003(uart=uart0)
# 等待传感器稳定
time.sleep(30)
while True:
try:
# 读取传感器数据
data = sensor.read()
# 提取PM2.5浓度数据
pm25 = data['PM2_5_ATM']
# 提取PM10浓度数据
pm10 = data['PM10_0_ATM']
# 计算空气质量指数AQI
aqi_value = AQI.aqi(pm25, pm10)
# 打印数据分隔线
print("-" * 50)
# 打印PM2.5浓度值
print(f"PM2.5: {pm25} μg/m³")
# 打印PM10浓度值
print(f"PM10 : {pm10} μg/m³")
# 打印计算得到的AQI值
print(f"AQI : {aqi_value:.1f}")
# 打印数据分隔线
print("-" * 50)
except UartError as e:
print(f"UART error: {e}")
except Exception as e:
print(f"Read failed: {e}")
# 2秒后进行下一次读取
time.sleep(2)
def demo_passive_mode():
"""
演示传感器被动模式数据读取
Args:无
Raises:
UartError: UART通信异常
Exception: 其他读取异常
Notes:被动模式下传感器需要唤醒才能输出数据，读取完成后可进入睡眠模式降低功耗
==========================================
Demo sensor data reading in passive mode
Args:None
Raises:
UartError: UART communication error
Exception: Other reading errors
Notes:Sensor needs to be woken up to output data in passive mode, can enter sleep mode after reading to reduce power consumption
"""
print("=== Passive Mode: Start reading PMS7003 data ===")
# 初始化UART0，波特率9600，TX引脚16，RX引脚17
uart0 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(16), rx=Pin(17))
# 初始化被动模式PMS7003传感器对象
sensor = PassivePms7003(uart=uart0)
# 等待传感器初始化
time.sleep(2)
while True:
try:
# 打印唤醒提示
print("Waking up sensor...")
# 唤醒传感器
sensor.wakeup()
# 等待传感器响应
time.sleep(2)
# 读取传感器数据
data = sensor.read()
# 提取PM2.5浓度数据
pm25 = data['PM2_5_ATM']
# 提取PM10浓度数据
pm10 = data['PM10_0_ATM']
# 计算空气质量指数AQI
aqi_value = AQI.aqi(pm25, pm10)
# 打印数据分隔线
print("-" * 50)
# 打印PM2.5浓度值
print(f"PM2.5: {pm25} μg/m³")
# 打印PM10浓度值
print(f"PM10 : {pm10} μg/m³")
# 打印计算得到的AQI值
print(f"AQI : {aqi_value:.1f}")
# 打印数据分隔线
print("-" * 50)
# 打印睡眠提示
print("Putting sensor to sleep...")
# 让传感器进入睡眠模式
sensor.sleep()
except UartError as e:
print(f"UART error: {e}")
except Exception as e:
print(f"Read failed: {e}")
# 10秒后进行下一次读取
time.sleep(10)
# ======================================== 自定义类 ============================================
# ======================================== 初始化配置 ===========================================
# 等待系统启动稳定
time.sleep(3)
print("FreakStudio: PMS7003 sensor system initialized")
# ======================================== 主程序 ============================================
# 主程序入口
if __name__ == "__main__":
# 执行主动模式演示函数
demo_active_mode()
注意事项
注意事项：传感器上电后需要约30秒的预热稳定时间，读数才会准确。在被动模式下，唤醒传感器后需等待足够时间（如示例中的2秒）再读取数据。所有驱动方法的输入参数均不允许为None，否则会抛出TypeError异常。PassivePms7003的sleep()和wakeup()方法仅在该类实例中可用，Pms7003主动模式对象无法使用。处理UART通信时应注意捕获UartError等异常。
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