基于 STM32的空气检测系统

李嘉鑫，田括，李世泽，王成龙，魏立明

吉林建筑大学电气与计算机学院 吉林长春 130118

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：

首先是PM2.5与日期的关系：

二氧化碳与时间的关系：

二氧化氮与时间的关系：

5.结语

PM2.5与PM10相关性最大,NO2与SO2负相关性较大,O3与其他因素相关性都比较小.通过对布控点一整年的数据处理、各个污染物浓度之间的相关性,以及随时间变化的关系,可预测出未来一段时间内的空气质量并保存在数据库中.

参考文献

1. 广东省输变电工程公司 . 架空输电线路架线施工实用手 册 [M]. 中国电力出版社 ,2015.

2. 李明 . 送电线路架设导线防磨措施与应用探究 [J]. 名城 绘 ,2018,0(2);280-280.

[3] 维涛，付斌 . 浅谈送电线路安全问题及防护措施 [J]. 黑龙 江科技信息 ,2013（31）.

3. 刘斌，陆盛叶，黄豪士 . 架空导线的舞动与舞动实验 [J]. 电 线电缆 ,2007（4）.

4. 张伦 . 送电线路架设导线防磨措施研究与应用 [J]. 低碳世 界 ,2018,0(6);87-87.

作者简介：李嘉鑫，男，本科生，电气工程及其自动化专业

本文受吉林建筑大学大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：202110191127）