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基于STM32的空气检测系统

摘要：本文以GPRS技术为核心，采用STM32单片机与多种传感器相结合的

方式实现室外空气质量的检测，并且将采集的数据通过GPRS无线通讯技术传送

到网页，实现了室外空气检测系统.

关键字：GPRS通讯技术;空气质量检测;预测模型

0引言

首先是监测点的数量可能不足,不能对我国所有污染源进行全方位的覆盖,导

致个别的污染严重的地方被我们遗漏这表明,我国要加大对节能环保,新能源,低

碳交通运输装备和组织方式的支持力度.积极开展低碳零碳负碳的研发应用.而我

们的基于GPRS的生态智能检测系统正对应了国家政策,监测大气污染物及碳排放

指标等,积极响应国家政策.

1总体方案

本设计的主控制芯片选择STM32F103单片机,分别对DS18B20温度传感器、

使用激光型PM2.5监测传感器、CCS811二氧化碳传感器进行控制,使用LCD1602

作为液晶显示屏进行测量数据显示,通过STM32进行信息采集,将采集的数据通过

GPRS无线通讯技术传送到网页,网页将数据存入数据库.网页也可以下达指令,通

过网页端可以修改各个参数的阈值,污染物浓度超标时会通过软件提醒用户.

2硬件设计

控制芯片的选择：目前主流的单片机有STM、STC系列,STM系列单片机属于

arm内核的一个版本,具有很多传统51单片机不具有的功能,并且速度也比传统

51单片机快.

STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器,该系列芯片是意法半导体（ST）

公司出品,其内核是Cortex-M3.

该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中

容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）.芯片集成定时器

Timer,CAN,ADC,SPI,I2C,USB,UART等多种外设功能.

PM2.5监测传感器的选择：激光型PM2.5监测传感器具有测量准确,响应速度,

体积小等优点.相对红外原理的PM2.5传感器不能检测大粒径高浓度的粉尘,激光

型PM2.5传感器传感器采用激光散射原理,很好的克服了这一缺点,激光照射在空

气中悬浮颗粒物上产生散射,产生的光电流经放大后,得到电信号与悬浮颗粒物的

对应曲线,STM32采集数据后,通过算法得出单位体积内不同颗粒物质量.

二氧化碳传感器的选择：CCS811二氧化碳传感器本身内置了1S、10S、60S

三种监控模式,同时CCS还具有软件定制服务,可以根据用户的监测需求进行设计.

温湿度度传感器的选择：DS18B20温度传感器,具有小体积、价格低、精度高

等特点,并且使用方便,适用于各种狭小空间及数字测温.

3软件设计

CCS811二氧化碳传感器采用IIC通信协议,其原理是通过对SCL和SDA高低

电平时序控制,来产生IIC总线协议所需要的信号.起始时,SCL高电平空闲,SDA

由高电平向低电平跳变,并且开始传送数据.结束时SCL为高电平,SDA由低电平向

高电平跳变,结束传送数据.

温度传感器DS18B20采用单总线协议,首先要进行初始化,首先总线复位,拉

低总线时间再480微秒至960微秒,其次拉高总线15微秒至60微秒,最后检测总

线上是否存在18B20,若存在则返回值为0,若不存在则返回值为1.

4基于MATLAB的空气预测模型

传统的预测模型有多元线性回归、指数平滑方法ARMA自回归滑动平均模型、

状态空间法、时间序列分析、神经网络预测等,本文采用时间序列分析模型对某

国控点和自建库数据进行分析.

首先对数据进行描述性统计：

统计

PMPMNOSO

2.510CO22O3

个有4242420424242

案效00