แนะนำการใช้งานโมดูล PMS5003 สำหรับ PM2.5 เซ็นเซอร์ตรวจจับฝุ่นละออง วัดคุณภาพอากาศ

PMS5003 คืออะไร

PMS5003 (Plantower PMS5003 G5) เป็นเซ็นเซอร์ตรวจวัดฝุ่นละอองในอากาศ (Laser Particle Sensor) ที่ได้รับความนิยมอย่างมากในงานด้าน IoT, Smart Home, Smart City และระบบตรวจวัดคุณภาพอากาศ เนื่องจากมีขนาดเล็ก ราคาไม่สูง ติดตั้งง่าย และสามารถวัดค่าฝุ่นละอองได้แบบ Real-time ผ่านการสื่อสารแบบ UART

ภายในตัวเซ็นเซอร์ประกอบด้วย

• Laser Diode
• Photodiode Receiver
• พัดลมดูดอากาศ (Fan)
• ห้องวัด (Measurement Chamber)
• Microprocessor สำหรับประมวลผลข้อมูล

เซ็นเซอร์จะดูดอากาศเข้าไปในห้องวัด จากนั้นยิงลำแสงเลเซอร์ผ่านอากาศ เมื่อฝุ่นละอองผ่านลำแสง จะเกิดการกระเจิงของแสง (Laser Scattering) เซ็นเซอร์จะตรวจจับแสงที่สะท้อนกลับและคำนวณขนาดกับความเข้มข้นของฝุ่นละอองด้วยอัลกอริทึมภายใน ก่อนส่งข้อมูลออกทาง UART เป็นค่าดิจิทัลพร้อมใช้งาน

หลักการทำงาน (Laser Scattering Principle)

        Air Inlet
            │
            ▼
      ┌────────────┐
      │ Cooling Fan│
      └─────┬──────┘
            │
            ▼
   ┌───────────────────┐
   │  Laser Diode      │
   │       ●──────────►│
   │                   │
   │   Dust Particle   │
   │        ○          │
   │       ╱           │
   │      ╱            │
   │ Photodiode        │
   └───────────────────┘
            │
            ▼
    Digital Processing
            │
            ▼
 UART Output
 PM1.0
 PM2.5
 PM10

ข้อดีของเทคนิค Laser Scattering คือสามารถตรวจจับฝุ่นขนาดเล็กได้ละเอียดกว่าวิธีแบบอินฟราเรดทั่วไป และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศได้รวดเร็ว

ข้อมูลที่ PMS5003 สามารถวัดได้

เซ็นเซอร์สามารถรายงานข้อมูลหลายชนิด เช่น

รายการ	ความหมาย
PM1.0	ฝุ่นขนาดไม่เกิน 1 ไมครอน
PM2.5	ฝุ่นขนาดไม่เกิน 2.5 ไมครอน
PM10	ฝุ่นขนาดไม่เกิน 10 ไมครอน
Particle Count	จำนวนอนุภาคหลายช่วงขนาด (0.3, 0.5, 1.0, 2.5, 5.0 และ 10 µm) ต่อปริมาตรอากาศ (ขึ้นอยู่กับข้อมูลที่อ่านจากแพ็กเก็ต UART)

Specifications

รายการ	ค่า
รุ่น	PMS5003 G5
ผู้ผลิต	Plantower
หลักการวัด	Laser Scattering
ช่วงการวัด	0–500 µg/m³
ความละเอียด	1 µg/m³
ขนาดอนุภาคต่ำสุดที่ตรวจจับได้	0.3 µm
Accuracy	±10 µg/m³ (0–100 µg/m³), ±10% (100–500 µg/m³)
Response Time	<10 วินาที
Interface	UART TTL
Baud Rate	9600 bps
Data Bits	8
Stop Bits	1
Parity	None
แรงดันไฟเลี้ยง	5V DC
กระแสทำงาน	ประมาณ 100–120 mA
ขนาด	ประมาณ 50 × 38 × 21 มม.
อายุการใช้งาน	มากกว่า 3 ปี (ใช้งานต่อเนื่อง)

ขาเชื่อมต่อ (Pinout)

Pin	หน้าที่
VCC	5V
GND	Ground
TXD	ส่งข้อมูลออกจากเซ็นเซอร์
RXD	รับคำสั่งจาก MCU (Sleep/Wake, Passive Mode)
SET	เลือกโหมด Active/Passive (บางรุ่น)
RESET	รีเซ็ตเซ็นเซอร์ (บางรุ่น)

โดยทั่วไปสำหรับ ESP32 จะใช้เพียง VCC, GND, TXD และ RXD ก็เพียงพอ

จุดเด่นของ PMS5003

• ใช้เลเซอร์ ทำให้ความแม่นยำสูงกว่าเซ็นเซอร์ฝุ่นแบบ LED
• มีพัดลมดูดอากาศในตัว
• ส่งข้อมูลเป็นดิจิทัล ไม่ต้องแปลงค่า Analog
• เชื่อมต่อกับ ESP32, ESP8266, Arduino, Raspberry Pi ได้ง่าย
• วัดค่าได้แบบ Real-time
• รองรับการทำงานต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง
• มีอัลกอริทึมชดเชยผลกระทบจากสภาพแวดล้อมภายในตัวเซ็นเซอร์

ข้อจำกัด

แม้ PMS5003 จะเป็นเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ก็มีข้อจำกัดที่ควรทราบ

• ไม่สามารถตรวจวัดก๊าซ เช่น CO₂, CO, NH₃, NO₂ หรือ VOC ได้
• ค่าที่รายงานเป็นค่าประมาณจากการกระเจิงของแสง ไม่ใช่เครื่องมืออ้างอิงระดับห้องปฏิบัติการ
• ความชื้นสูงอาจทำให้ค่าฝุ่นสูงกว่าความเป็นจริง เนื่องจากละอองน้ำกระเจิงแสงคล้ายฝุ่น
• พัดลมและเลเซอร์มีการสึกหรอตามอายุการใช้งาน

การประยุกต์ใช้งาน

PMS5003 เหมาะกับงานด้านต่าง ๆ ดังนี้

1. Smart Home

• ตรวจวัด PM2.5 ภายในบ้าน
• ควบคุมเครื่องฟอกอากาศอัตโนมัติ
• แจ้งเตือนผ่านแอปพลิเคชัน

2. Smart City

• สถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศ
• เครือข่ายเซ็นเซอร์ IoT
• แผนที่คุณภาพอากาศแบบ Real-time

3. Smart Agriculture

• ตรวจคุณภาพอากาศในโรงเรือน
• ตรวจฝุ่นในฟาร์มปศุสัตว์
• ควบคุมระบบระบายอากาศ

4. โรงงานอุตสาหกรรม

• ตรวจฝุ่นในพื้นที่ผลิต
• เฝ้าระวังฝุ่นจากกระบวนการผลิต
• แจ้งเตือนเมื่อค่าฝุ่นเกินมาตรฐาน

5. งานวิจัยและการศึกษา

• โครงงาน Arduino
• โครงงาน ESP32
• งาน IoT
• งาน AIoT
• ระบบ Smart Environment

6. ระบบ AI และ Cloud

• ส่งข้อมูลไปยัง MQTT
• บันทึกข้อมูลลงฐานข้อมูล
• วิเคราะห์แนวโน้มด้วย AI
• พยากรณ์คุณภาพอากาศ

/*
  ==========================================
      PMS5003 Air Quality Test V1.0
      ESP32-S3 + KY-016 RGB LED
  ==========================================
*/

#include <HardwareSerial.h>

HardwareSerial pmsSerial(2);

// UART
#define PMS_RX 16
#define PMS_TX 17

// RGB LED
#define RED_PIN     25
#define GREEN_PIN   26
#define BLUE_PIN    27

uint16_t pm1 = 0;
uint16_t pm25 = 0;
uint16_t pm10 = 0;

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  pmsSerial.begin(9600, SERIAL_8N1, PMS_RX, PMS_TX);

  pinMode(RED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(GREEN_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BLUE_PIN, OUTPUT);

  setColor(false, false, false);

  Serial.println();
  Serial.println("=================================");
  Serial.println(" PMS5003 Air Quality Monitor");
  Serial.println("=================================");
}

void loop() {

  if (readPMS()) {

    Serial.println("--------------------------------");

    Serial.print("PM1.0  : ");
    Serial.print(pm1);
    Serial.println(" ug/m3");

    Serial.print("PM2.5  : ");
    Serial.print(pm25);
    Serial.println(" ug/m3");

    Serial.print("PM10   : ");
    Serial.print(pm10);
    Serial.println(" ug/m3");

    Serial.print("Status : ");

    showAQI(pm25);

    Serial.println("--------------------------------");
    Serial.println();
  }

}
//////////////////////////////////////////////////////////////

bool readPMS() {

  if (pmsSerial.available() < 32)
    return false;

  if (pmsSerial.read() != 0x42)
    return false;

  if (pmsSerial.read() != 0x4D)
    return false;

  uint8_t buffer[30];

  pmsSerial.readBytes(buffer, 30);

  uint16_t checksum = 0x42 + 0x4D;

  for (int i = 0; i < 28; i++)
    checksum += buffer[i];

  uint16_t received =
      (buffer[28] << 8) | buffer[29];

  if (checksum != received)
    return false;

  pm1 =
      (buffer[8] << 8) | buffer[9];

  pm25 =
      (buffer[10] << 8) | buffer[11];

  pm10 =
      (buffer[12] << 8) | buffer[13];

  return true;
}

//////////////////////////////////////////////////////////////

void showAQI(int value) {

  if (value <= 15) {

    Serial.println("Excellent");

    setColor(false, true, false);
  }

  else if (value <= 25) {

    Serial.println("Good");

    setColor(false, true, true);
  }

  else if (value <= 37) {

    Serial.println("Moderate");

    setColor(true, true, false);
  }

  else if (value <= 50) {

    Serial.println("Sensitive");

    setColor(true, true, true);
  }

  else if (value <= 90) {

    Serial.println("Unhealthy");

    setColor(true, false, false);
  }

  else {

    Serial.println("Hazardous");

    setColor(true, false, true);
  }

}

//////////////////////////////////////////////////////////////

void setColor(bool r, bool g, bool b) {

  digitalWrite(RED_PIN, r);
  digitalWrite(GREEN_PIN, g);
  digitalWrite(BLUE_PIN, b);

}