基于嵌入式的PM2.5檢測器的設(shè)計與應(yīng)用
引 言
隨著現(xiàn)代工業(yè)化程度不斷提高，人為因素的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，尤其 PM2.5 對人們的身體健康產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。各種環(huán)境檢測器如雨后春筍，其中PM2.5 檢測器深受市場歡迎。因此本課題基于STM32 平臺設(shè)計開發(fā)了一款 PM2.5 檢測器，以實現(xiàn)檢測、顯示與報警等功能。
本課題采用常見的STM32芯片（ARMCortexTLS-P906 型），該芯片具有數(shù)據(jù)采集、處理和輸出等功能。STM32芯片由控制單元、從屬單元和總線矩陣三部分組成，通過總線矩陣將控制單元和從屬單元連接在一起。其程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和輸入輸出端口寄存器在同一個線性地址空間里。本課題采用SDS011PM2.5傳感器模塊，并將傳感器模塊與STM32芯片連接在一起，通過USB轉(zhuǎn) TTL接口與電腦連接， 從而實現(xiàn)對空氣中PM2.5數(shù)據(jù)的采集和分析。嵌入式系統(tǒng)硬件的基本組成如圖 1所示。
1 數(shù)據(jù)采集介紹
數(shù)據(jù)采集（DAQ）指模擬或數(shù)字傳感器抑或其他設(shè)備的被測單元自動采集非電量或電量信號，并送到上位機(jī)進(jìn)行分析、處理，從數(shù)據(jù)源收集、識別和選取數(shù)據(jù)的功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于計算機(jī)或其他專用測試平臺測量軟硬件為方便各類用戶操作而設(shè)計的測量系統(tǒng)。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電流信號的各種物理量，如溫度、濕度、顆粒物、壓強(qiáng)等，這些既可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。一般通過采樣方式采集，即間隔一定時間（采樣周期）對同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)可能是某段時間內(nèi)的一個特征值，但在大多數(shù)情況下是瞬時值。準(zhǔn)確來說，數(shù)據(jù)采集以準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測量為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測方法分為接觸式和非接觸式兩種，檢測元件多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，保證數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)采集含義廣泛，包括對面狀連續(xù)物的物理量采集。在計算機(jī)輔助制圖、測圖、設(shè)計中，對圖形或圖像的數(shù)字化過程也可稱為數(shù)據(jù)采集，此時采集的量包括灰度等物理量和數(shù)據(jù)等幾何量。數(shù)據(jù)采集整體結(jié)構(gòu)與流量圖如圖 2 所示。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于PC 機(jī)實現(xiàn)，通過將模塊化硬件、應(yīng)用軟件和計算機(jī)相結(jié)合來進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，如空氣中的顆粒物、溫度、氣壓、濕度等。盡管數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求有不同的定義，但各系統(tǒng)采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)了信號、傳感器、激勵器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和應(yīng)用軟件的完美結(jié)合。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖 3 所示。
2 數(shù)據(jù)采集器的選型與設(shè)計
2.1 數(shù)據(jù)采集器的選型與設(shè)計
本設(shè)計采用SDS011PM2.5 檢測器，其具有如下特點(diǎn)：
SDS011 傳感器模塊實物圖如圖 4 所示，傳感器配用的串口線與USB 實物如圖 5 所示，傳感器接入電源后的組裝圖如圖 6 所示。
2.3 選擇的數(shù)據(jù)采集器的工作原理
通過串口調(diào)試助手軟件可以顯示出以十個字節(jié)為單位的信息 ：報文頭 + 指令號 + 數(shù)據(jù)（6 字節(jié)）+ 校驗和+ 報文尾，具體見表 2 所列。
計算時要求數(shù)據(jù)為十進(jìn)制，但輸出的數(shù)據(jù)是 16 進(jìn)制，因此要對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換。
PM2.5 的輸出如圖 9 所示。實物連接運(yùn)行圖如圖10 所示。
圖11 串口輸出數(shù)據(jù)顯示
4 結(jié) 語
本次設(shè)計實現(xiàn)了精確測量室內(nèi) PM2.5 的功能，同時加入 了報警功能，與一般的傳感器相比更能讓人們對環(huán)境的惡化 情況加以重視，較好地完成了本課題。
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