基于蓝牙的PM2.5数据采集器设计刘伏龙陈琳琳--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

基于蓝牙的PM2.5数据采集器设计刘伏龙陈琳琳

发表时间：2021/7/29 来源：《基层建设》2021年第14期作者：刘伏龙陈琳琳

[导读] 本文介绍了一种基于蓝牙的PM2.5数据采集器设计，将STM32F103C8T6作为核心处理器，PM2.5的检测使用的是GP2Y1014AUOF粉尘传感器

广东科技学院机电工程学院广东东莞 523083

        本文介绍了一种基于蓝牙的PM2.5数据采集器设计，将STM32F103C8T6作为核心处理器，PM2.5的检测使用的是GP2Y1014AUOF粉尘传感器。数据通过ADC模块读取并转换为PM2.5浓度值将其显示在OLED液晶屏上，并且将数据通过蓝牙上传至手机端。最终调试结果表明本设计稳定，得到的数据准确。
        1引言
        随着人们的生活水平的提高，对空气质量的要求也越来越高，目前空气质量由于工厂的乱排放以及自然因素等各方面原因导致雾霾严重，雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成[1]。其中PM2.5是指粒径小于2.5微米的颗粒，这种颗粒是可以吸入肺部的颗粒物[2]，虽然PM2.5在大气中含量较少，但是由于粒径小，所以在大气中飘留的时间较长，输送的距离也远，而且含有大量的有毒物质、有害物质，对人体的健康影响较大[3]。这些环境因素直接影响着人们平时家庭的生活环境，也间接的影响了人们的生活品质和人们健康的潜在风险[4]。故人们需要随时对当前区域的空气质量进行探测评估以做出对应举措，比如是否佩戴口罩等措施。虽然天气预报会有PM2.5的浓度值显示，但是都是大区域的，针对小区域的只能通过PM2.5检测的产品进行检测，但是目前市面上PM2.5检测的产品存在实时性较差、体积较大、精度较低、功能比较单一等问题[5]，所以人们急需一种实时性强、实用性价比高的PM2.5检测器。本文介绍了一种基于蓝牙的PM2.5数据采集器设计具有较高的研究意义。
        2 系统设计
        基于蓝牙的PM2.5数据采集器主要是由单片机作为核心处理器，PM2.5传感器模块进行数据采集，按键可以进行功能设置，数据通过蓝牙传输模块传至手机端，显示模块用的是0.96寸的液晶显示屏，蜂鸣器充当报警器，PM2.5超过设定阈值就会报警。其步骤如下：
        （1）单片机隔一段时间从PM2.5传感器模块中获取数据
        （2）将数据进行处理并显示在液晶显示屏上
        （3）将处理后的数据通过蓝牙发送至手机端
        （4）按键可以调节PM2.5的报警阈值
        3 系统主要电路设计
        本系统采用Altium Designer原理图绘制软件绘制电路原理图。图3.1中DIP40的STM32F103C8T6原理图作为系统的核心模块，每个模块都接了相应的电源和地，其中PB9与蜂鸣器模块的BEEP引脚相连接作为报警电路；PA5与液晶模块的SCL引脚相连接，PA7与液晶模块SDA引脚相连接构成液晶显示电路；PM2.5传感器模块的LED1引脚连接处理器的PA3引脚，VO引脚与处理器的PA2连接构成PM2.5测量电路；处理器的串口PB10引脚与蓝牙模块的TXD3连接，PB11与蓝牙模块的RXD3连接构成蓝牙传输模块电路。

        图3.1 系统总体电路图
        4系统主流程图
        首先各个模块进行初始化，在液晶显示屏上面显示固定文字，默认设定的数据采集时间是1S采集一次，时间到达开始检测PM2.5的浓度值，将PM2.5的浓度值装换为等级显示在液晶屏幕上，再通过蓝牙无线通讯将数据发送到手机，按键可以设置报警阈值，当浓度超过报警阈值时则驱动蜂鸣器模块发出警报。系统整体流程图如图4.1所示。

        图4.1 系统整体流程图
        5调试与实现
        蓝牙通讯模块调试：此模块需要配合手机使用，在手机上打开蓝牙，搜索可用设备，然后找到名称为HC05-Slave1的蓝牙，之后进行连接，初始连接时需要输入密码，密码为1234，然后此模块就与手机进行连接了，然后打开手机的蓝牙调试助手软件。点击连接，与名称为HC05-Slave1的模块进行连接，连接之后就在终端的界面框中接收到来自此模块发送过来的PM2.5的浓度值，此PM2.5的浓度值大约每5秒更新一次数据。如果调试过程与上述一致，则说明调试成功，否则应该先检查模块中的硬件连接，然后检查源代码，直到完成上述功能。
        6 结论
        本文结合蓝牙无线技术，以STM32作为处理器设计了一种PM2.5的数据采集器，实现了实时监测空气中的PM2.5浓度，取得了良好的测量效果，论文的主要工作如下：
        针对小型的、能实时进行空气中PM2.5浓度的监测器需求，提出了使用蓝牙通信技术、嵌入式技术。以STM32作为处理器，搭建了具有PM2.5的采集功能的监测器，使用C语言来编写软件程序。针对目前市面上的PM2.5数据采集器显示不直观的问题，采用蓝牙无线通信将数据上传至手机端，实现了直观显示。
        本设计可以通过PM2.5模块测量到当前环境中的PM2.5浓度值，同时在液晶屏上将测量到的值与当前浓度等级显示出来。并可以通过按键调节PM2.5的报警阈值，当PM2.5浓度过高时，也可以通过蜂鸣器报警体现出来。同时，PM2.5的浓度值可以通过蓝牙发送到手机端，手机通过蓝牙调试助手可以直观的看到PM2.5的数值变化。
        参考文献：
        [1]X Wang，Xu Z，Su H，et al. Ambient particulate matter（PM1，PM2.5，PM10）and childhood pneumonia：The smaller particle，the greater short-term impact?[J]. 2021.
        [2]Shi J，Feng Y，Ren L，et al. Mass Concentration，Chemical Composition，and Source Characteristics of PM2.5 in a Plateau Slope City in Southwest China. 2021.
        [3]尚丽娜，张翠. 基于云平台的PM2.5检测系统设计[J]. 电子世界，2020（11）.
        [4]陈非. 简析大气环境监测中的PM2.5现场监测[J]. 生态环境与保护，2020，2（12）：34.