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基于STM32单片机的雾霾环境监测及净化系统*

摘要：针对一体式雾霾净化器的监测范围小和净化效率低的问题，采用无线分

布式设计对室内空气的温度、湿度、PM2.5指数进行分布式监测，三块检测模块

同时向主控模块输送实时数据；并根据PM2.5指数控制净化模块进行空气净化。

在净化空气时，采用对净化装置的闭环控制；设计了微信小程序在手机端对空气

状况进行远程监控。

关键词：分布式；闭环控制；远程监控

前言0

近年来，雾霾天气在我国频繁出现，空气质量问题已引起全社会高度关注。

室内环境小，PM2.5很容易超标，导致人体受到影响，甚至平常的炒菜、烧香、

抽烟等行为都会急剧地增大室内PM2.5的浓度。此雾霾监测和净化系统采用监测

与净化的分离模式，这一点与市面的已有产品有着非常大的区别，市面上的一体

式净化器检测范围非常小，往往只有净化器周围的空气质量能够检测到，很难做

到对整个房间甚至整个房屋进行有效的净化。而该净化器的监测模块可以设置在

pm2.5的产生处，比如厨房、窗户、门口等地，当雾霾进入监测空间，净化器立

即进行净化处理，从而最大限度的防止了雾霾对人体健康的影响。

监测模块的设计1方案。

湿度1.1传感器模块

DHT11是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元

件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处

理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间能

采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据

40Bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据

传输的准确性。DHT11功耗很低，5V电源电压下，工作平均最大电流0.5mA。

DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。即，单个数据引脚端口完成

输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数部

分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。DHT11的数据格式为：8bit湿度整

数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。其

中校验和数据为前四个字节相加。

湿度=byte4.byte3=45.0(％RH)

温度=byte2.byte1=28.0(℃)

校验=byte4+byte3+byte2+byte1=73(=湿度+温度)(校验正确)

温度1.2传感器模块

DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。

与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微

处理器接口简单的数字化温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可

使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，测量温度

范围为-55~+125℃，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，

大大提高了系统的抗干扰性。

雾霾1.3传感器模块

使用的传感器型号为pms5003。Pms5003不断的以串口的方式向单片机发送

一帧数据，一帧数据协议总长度为32字节，默认波特率为9600bps。第十三位为

pm2.5值的高八位，第十四位为pm2.5值的低八位。

通常我们使用stm32的串口功能使用的中断服务程序使用的是RXNE中断。

当单片机接收到一个字节，就会产生RXNE中断。Pms5003发送的是一帧数据，

所以不能采用此中断。可以采用IDLE中断，当接收到一帧数据，就会产生IDLE

中断。

特别注意：在中断函数里面，需要把对应的位清零，否则会影响下一次数据

的接收。比如RXNE接收数据中断，只要把接收到的一个字节读出来，就会清除

这个中断。F1系列的单片机，清除方法是“先读sr寄存器，再读dr寄存器”。

无线传输模块1.4

NRF24L01无线模块，采用的芯片是NRF24L01，要通过nrf24l01建立稳定的

无线通讯，必须满足以下条件：

）发射接收数据宽度相同（最大132个字节）

）发射接收地址相同（25个8位地址）

）发射接收频道相同（30~125）

）发