基于STM32F103芯片的USB接口的研究与实现.pdf
韩泊明+赵星泽
摘 要：室内空气质量已经成为人们生活中重要的话题之一。本课题按照空气质量指数标准，设计出一个基于STM32芯片的适合室内封闭空间的空气质量检测模块，包括数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元以及数据显示单元的设计。通过该模块可实现空气质量参数的智能采集和上传，并将该模块显示在上位机，以及根据设定的阈值进行实时监控与报警。
关键词：空气质量监测；STM32；环境感知
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.248
0 引言
随着我国综合实力的不断提升，以及个人生活水平的提高，空气质量也随之发生剧烈变化。一方面，在许多重工业生产中，有害气体的释放与泄露成为影响空气质量的主要因素。空气质量的变化导致了许多自然灾害的发生，例如酸雨，温室效应，雾霾等。另一方面，随着生活水平提高，室内装修热不断提升，室内空气污染也日益严重。为了节省能源，建筑物密度封闭程度的不断提高，导致装修材料和家具等挥发的有害气体不能及时排出。相关信息显示：封闭环境更易受到污染。
1 国内外研究现状分析
早在20世纪90年代，欧美等发达国家先后成立室内空气质量监测中心，用来监测政府、学校、医院等不同室内环境的空气数据。在已上市的空气质量监测产品中，美国的ESC公司生产的Z.300型甲醛检测仪，英国PPM公司生产的PPM-400型甲醛测试仪较受欢迎。较之国外，我国对空气质量研究起步较晚，21世纪初，国内专家学者先后编制室内空气质量相关法治，并不定期举办专题研讨会，根据监测仪获取的数据确定污染源，以采取合适方案来控制污染源。目前上市设备有北京宾达绿创科技有限公司生产的甲醛测定仪 XP.308、江苏安普电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪等。
2 环境感知远程终端单元设计与实现
本模块以STM32开发板为基础，结合甲醛、PM2.5、等传感器，实现室内空气参数的采集与处理，再通过ModBus将数据上传交于上位机。监测终端模块主要有数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元以及数据显示单元四部分组成。
2.1 数据采集单元
这一单元主要负责信息采集，将监测到的数据转换为电信号输出。经测量参数及性价比最终确定，甲醛传感器为ME3M-CH20型电化学甲醛传感器，PM2.5传感器重庆山兰机电设备有限公司生产的GCG1000粉尘浓度传感器，浓度传感器为明德大方科技有限公司的M1601二氧化碳传感器。
2.2 数据处理单元
数据处理单元负责处理数据并储存转发，实现系统整体的协调和控制。该单元主要由CPU、存储器、接口电路等硬件和操作系统组成。主控单元芯片为STM32F103ZET6，内存为1T，单时钟/机器周期。主要采用引脚为5V、3.5V电压源，RXD，RXD2，TXD2，DSPORT，DS18B20I/O数据端，LCD液晶显示接口控制引腳。
2.3 数据传输单元
利用ModBus协议，实现信息上传到后台，这正是本设计的创新点。Modbus总线网络是一种主从式的网络，采用ASCII码传输模式，每8字节可采用2个ASCII码发送，根据该通信协议要求，主机发送给模块的指令格式为：（前导字符）（地址）（命令）[CHKSUM]（CR）。
2.4 数据显示单元
本设计采用LCD1602显示屏，该屏幕用来显示甲醛、PM10、浓度测量值。显示结果为三行，每行由十六个字符组成。当发送指令和数据给显示程序时，根据指令函数显示返回结果。
2.5 结果
本实验以粉尘浓度传感器和M1601二氧化碳传感器测量值为例，屏幕显示PM2.5、PM10和浓度测量值。
实验结果图如下所示：
3 结束语
随着人民生活水平的提高，室内空气质量检测已受到全社会的关注，室内空气质量的标准也被重新制定。人类生存离不开空气，人的一生大多半的时间是在室内度过的，特别是老、弱、病、残等体弱者在室内活动时间更长，因此室内环境质量的好坏直接影响着他们的身心健康。对于像我国这样人口众多的国家，加强室内空气检测，维持一个绿色的居住、办公场所，让广大人民都拥有一个健康的体魄，显得尤为重要。
本课题通过确定甲醛，PM2.5，以及浓度为基本测量参数，实现空气质量参数的智能采集和上传，并将数据显示在上位机，以及根据设定的阈值进行实时监控与报警。系统采用STM32F103ZET6系列作为控制核心，采用ME3M-CH20型电化学甲醛传感器，高精度激光检测 PM2.5 传感器、以及传感器来采集各参数信息。上传送数据使用ModBus协议，高效、便捷。通过此模块与上位机监测软件相连接，可实时显示测量数据，进一步走向智能健康化生活。
参考文献：
[1]Helicomm Inc.IP-Link1000 Embedded Wireless Module User Manual[M].USA： Helicomm Inc，2014：1-30.
[2]张路桥.无线传感器网络拓扑控制研究[D].电子科技大学，2013.[3]唐秀辉.无线传感器网络技术及在环境监测中的应用研究[D].电子科技大学，2013.endprint
