引 言

隨著現(xiàn)代工業(yè)化程度不斷提高，人為因素的環(huán)境污染問題日益嚴重，尤其 PM2.5 對人們的身體健康產(chǎn)生了嚴重影響。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備的被測單元自動采集非電量或電量信號，并送到上位機進行分析、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）對同一點數(shù)據(jù)重復采集。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。準確來說，數(shù)據(jù)采集以準確的數(shù)據(jù)測量為基礎。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。在計算機輔助制圖、測圖、設計中，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 機實現(xiàn)，通過將模塊化硬件、應用軟件和計算機相結(jié)合來進行數(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)采集設備和應用軟件的完美結(jié)合。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖 3 所示。

2 數(shù)據(jù)采集器的選型與設計

2.1 數(shù)據(jù)采集器的選型與設計

本設計采用SDS011PM2.5 檢測器，其具有如下特點：

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)為十進制，但輸出的數(shù)據(jù)是 16 進制，因此要對輸出數(shù)據(jù)進行進制轉(zhuǎn)換。

PM2.5 的輸出如圖 9 所示。實物連接運行圖如圖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。