冬天我们大多会关闭门窗，而依靠暖通空调设备来维持室内温度。而在保证居室温度的同时，我们也希望保持居室内大气环境的健康度。鉴于此，我们设计了一个简单的室内空气质量检测器。
1、系统概述我们依靠暖通空调设备来维持室内温度、湿度和通风水平，以保证居住者的健康和舒适。所以我们希望设计一个小巧的、简单的、低成本室内空气质量检测器来随时监测我们居室内的空气质量。
一般来说，我们关心的居室环境的温度、湿度、可吸入颗粒物浓度、挥发性有机物的浓度等。当然还有二氧化炭浓度等其它一些参数，不过这次我们只考虑温度、湿度、可吸入颗粒物浓度、挥发性有机物的浓度。
对于这个室内空气检测器，我们的基本想法是设计一个可以快速成型、监测温度、湿度、可吸入颗粒物浓度、挥发性有机物浓度的手持设备。这台室内空气质量检测器温湿度、可吸入颗粒物浓度、挥发性有机物浓度并可以实时显示出来，并可以将检测出的数据向外传送。
2、硬件设计根据前面的描述，我们使用一个温湿度传感器来监测温度和湿度、一个可吸入颗粒物激光检测传感器来检测可吸入颗粒物浓度，一个VOC传感器来检测挥发性有机物浓度。
为了快速实现一个室内空气质量检测器，我们采用我们所熟知的传感器及其他相应设备来实现。我们使用SHT20来实现温湿度数据的检测；使用SGP40来检测VOC浓度；使用HLPM025K3激光PM2.5传感器来检测可吸入颗粒物浓度；使用OLED来显示数据；使用串口来实现数据的传送。而处理器我们采用STM32F103C8T6来实现。
HLPM025K3激光PM2.5传感器数据接口为TTL串行口，所以我们采用USART1端口来与之通讯。SHT20传感器的数据接口为I2C接口，我们使用I2C1来与之通讯。SGP40传感器数据接口为I2C接口，我们使用I2C2来与之通讯。显示屏我们采用了SPI接口的0.96寸OLED，所以我们使用SPI1端口来与之通讯。数据传输我们采用USART2端口来实现。所以我们设计室内空气质量检测器的组成结构图如下：
根据上述分析及结构示意图，我们就能很容易的设计出室内空气质量检测器的控制板。
3、软件实现我们已经描述了室内空气质量检测器的控制板及各部分组件，接下来我们需要实现相应的软件功能。
3.1、数据采集
数据的采集主要包括三个方面：一是使用SHT20采集温湿度数据；二是使用SGP40来采集VOC浓度数据；三是使用HLPM025K3激光PM2.5传感器来检测可吸入颗粒物浓度数据。这些数据的采集并不麻烦，在以前的文章中我们已经简述多这些设备的驱动程序的设计。在这里我们直接使用已经封装过的驱动程序来实现就可以了。
HLPM025K3激光PM2.5传感器通过串口输出数据，包括PM2.5和PM10的数据，我们使用封装的驱动程序可以很方便的获取和解析对应的数据。具体的实现程序如下：
复制HlpmObjectType hlpm; //声明对象 /*PM25数据采集处理*/ void Ampm25DataProcess(void) { /*解析PM2.5和PM10的数据*/ ParsingPMData(&hlpm); aPara.phyPara.pm10Value=hlpm.pm100; aPara.phyPara.pm25Value=hlpm.pm25; } /*PM25数据采集配置*/ void Ampm25Configuration(void) { /* PM25相关GPIO初始化配置 */ Ampm25_GPIO_Initialization(); /* USART1端口初始化配置 */ USART1_Init_Configuration(); /*允许数据发送*/ AMPM25_RUNNING_ENABLE(); /*HLPM对象初始化函数*/ HlpmInitialization(&hlpm); }需要注意的是HLPM025K3激光PM2.5传感器有一个测量控制信号，必须提供高电平才会工作。
同样测量其它的参数也是使用我们封装的驱动程序，如使用SHT20温湿度传感器获取温湿度数据也是一样的。
复制/* 温湿度数据处理 */ void AmShtDataProcess(void) { aPara.phyPara.temperature=GetSHT2xTemperatureValue(&sht,MEASURE_T_COMMAND_NOHOST); aPara.phyPara.humidity=GetSHT2xHumidityValue(&sht,MEASURE_RH_COMMAND_NOHOST); } /* 温湿度配置 */ void AmShtConfiguration(void) { /* I2C1端口初始化 */ I2C1_Init_Configuration(); /* 初始化配置SHT2x */ SHT2xInitialization(&sht, //SHT2X对象变量 SHT2x_DPI_RH8_T12, //测量分辨率配置 SHT2x_End_High, //电池结束状态配置 SHT2xHEATERDISABLE, //加热器是否启用配置 SHT2xOTPDISABLE, //是否加载OTP配置 WriteToSHT2x, //写操作指针 ReadFromSHT2x, //读操作指针 HAL_Delay); //毫秒延时指针 }3.2、数据显示
前述我们已经提到了使用0.96寸的OLED来显示相应的数据。我们选用的是SPI接口的OLED显示屏。其实0.96寸的OLED驱动程序我们也是封装过的，直接使用就好。具体实现代码如下：
复制OledObjectType oled; //声明OLED对象 /*OLED显示处理*/ void AmoledDisplayProcess(void) { char temp[]=“temp=%.2f”; char humi[]=“humi=%.2f”; char pm25[]=“PM2.5=%.2f”; char pm10[]=“PM10=%.2f”; OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,0,0,temp,aPara.phyPara.temperature); OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,2,0,humi,aPara.phyPara.humidity); OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,4,0,pm25,aPara.phyPara.pm25Value); OledShowString(&oled,OLED_FONT_8x16,6,0,pm10,aPara.phyPara.pm10Value); } /*OLED初始化配置*/ void AmoledConfiguration(void) { /* OLED显示控制相关GPIO初始化配置 */ Amoled_GPIO_Initialization(); /* SPI1端口初始化 */ SPI1_Init_Configuration(); /*OLED显示屏对象初始化*/ OledInitialization(&oled, //OLED对象 OLED_SPI, //通讯端口 0xFF, //I2C设备地址 AmOledWrite, //写数据函数 AmOledChipReset, //复位信号操作函数指针 AmOledDCSelcet, //DC信号控制函数指针 NULL, //SPI片选信号函数指针 HAL_Delay //毫秒延时函数指针 ); }3.3 、数据传送
数据的传输我们使用RS485的接口方式，应用层协议采用Modbus RTU协议。因为我们已经封装过Modbus协议栈，并且已经开源到GitHub，所以我们直接使用Modbus协议栈来实现我们的数据传送。
复制/* 上位通讯处理函数 */ void AmUpperCommunication(void) { uint16_t respondLength=0; if(amupcRxLength>=8) { uint8_t respondBytes[AMUPCRECEIVELENGTH]; respondLength=ParsingMasterAccessCommand(amupcRxBuffer,respondBytes,amupcRxLength,aPara.phyPara.activeAddress); if(respondLength!=65535) { if(respondLength > 0) { AmupcSendByte(respondBytes,respondLength); } amupcRxLength=0; } } }关于数据传送这块，我们使用串口接收中断来接收数据请求。当然也可以直接使用定期上传的方式发送数据，则根据实际需求修改。
4、验证测试我们已经设计了室内空气质量检测器的软件和硬件，接下来我们运行看看其结果如何。我们将其运行起来，在我们的OLED软件中设置为一次能显示4行数据，具体结果如下图：
这只是一个小制作，实现了一些简单的功能。在后续我们实际上可以将其功能扩展的更多。如将数据上传到网络实时查看居室内的大气环境；根据PM2.5的情况控制空气净化器的工作等。
