基于北斗定位的多參數(shù)城市環(huán)境監(jiān)測儀

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1、基于北斗定位的多參數(shù)城市環(huán)境監(jiān)測儀摘要文章介紹了一種基于單片機且有定位功能的環(huán)境監(jiān)測儀。該監(jiān)測儀以stm32fl03單片機為核心，采用低功耗設計，利用北斗導航芯片定位授時，通過溫度傳感器，濕度傳感器，噪聲傳感器，PM2.5傳感器實現(xiàn)多功能環(huán)境參數(shù)的采集整理，同時具有LED屏顯示和人機交互功能。關鍵詞環(huán)境監(jiān)測儀定位單片機信息采集0引言目前市場上有很多流通的環(huán)境監(jiān)測儀，但是很多的儀器不具備定位功能，不能更仔細地檢測一個區(qū)域的環(huán)境信息。還有現(xiàn)在很多監(jiān)測儀精度不高。本文設計了一個可以定位的測量溫度，濕度，噪聲和PM2.5的低功耗的環(huán)境監(jiān)測。1基于環(huán)境監(jiān)測的環(huán)境檢測儀模塊設計1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)檢測

2、儀的主控芯片采用ST半導體公司的Cortex-M3系列的單片機，采用北斗導航模塊接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和授時數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括北斗導航模塊，顯示模塊，傳感器模塊（噪聲傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器，PM2.5傳感器），電源模塊組成。①主要完成對定位到局部區(qū)域的空氣質(zhì)量，溫濕度以及噪音情況進行監(jiān)測。總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。一臺儀器可以同時監(jiān)測四種參數(shù)，該儀器工作方式為自動采樣自動分析，測量濃度直接在顯示屏上顯示。STM32F103是增強系列的MCU，擁有72MHZ的運行頻率，能夠完成北斗導航芯片的數(shù)據(jù)解析，顯示屏的掃描更新，同時能夠滿足用戶交互任務的需求。MCU自帶的異步串口USART可以對接導航

3、芯片，同步串口SPI外設可用于控制顯示模塊的刷屏，TIM的輸入捕獲功能可以實現(xiàn)對PM2.5檢測模塊的數(shù)據(jù)捕獲。采用質(zhì)量輕儲能高的鋰電池為系統(tǒng)的供電電源，采用可視角度大、功耗低的彩色液晶屏作為顯示模塊。②同時系統(tǒng)還設置了紅色預警系統(tǒng)，當檢測的值超過了規(guī)定的值，顯示會出現(xiàn)顏色變化進行預警。1.2溫度傳感器電路溫度測量電路采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。③DS18B20只有一個串行通信接口，即單線制傳感器，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。這樣的系統(tǒng)允許每一個掛在總線上的區(qū)間都能在適當?shù)臅r間驅(qū)動它。由于DS1

4、8B20的單線制特性，其發(fā)送和接收必須為三態(tài)特性，其出具口為漏極開路輸出，而且我們采用的是外加電源供電，因此外接上拉電阻，在常態(tài)下呈現(xiàn)高電平狀態(tài)。DS18B20測溫范在55°C?+125°C，精度為令？.1°C。工作電源：3.0?5.5V/DC。DS18B20的溫度讀取過程為：復位一發(fā)SKIPROM命令（OXCC）—發(fā)開始轉(zhuǎn)換命令（0X44）—延時一復位一發(fā)送SKIPROM命令（OXCC）—發(fā)讀存儲器命令（OXBE）—連續(xù)讀出兩個字節(jié)數(shù)據(jù)（即溫度）一結(jié)束。1.3濕度傳感器電路我們采用DHT11濕度傳感器作為濕度傳感器。DHT11技術性能特征：工作電壓范圍：3.3V-5.5V。工作電流：平

5、均0.5mA。輸出：單總線數(shù)字信號。測量范圍：濕度20?90%RH。精度：濕度令？％。分辨率：濕度1%。DHT11數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式。單個數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。DHT11的數(shù)據(jù)格式為：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗和。其中校驗和數(shù)據(jù)為前四個字節(jié)相加。傳感器數(shù)據(jù)輸出的是未編碼的二進制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)（濕度、溫度、整數(shù)、小數(shù)）之間應該分開處理。我們這里選擇的DHT11也可以測量溫度，但由于它的精

6、度不高，測量范圍較DS18B20小，所以我們只采用濕度測量。用戶M⑶發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。1.4PM2.5傳感器電路我們選擇GP2Y1051AU0F作為傳感器，GP2Y1051AU0F是灰塵(粉塵)傳感器由光學傳感系統(tǒng)一個紅外發(fā)光二極管(IRED)和光電子晶體管是對角布置在該裝置中組成的。它是通過檢測

7、空氣中塵埃的反射光計算粉塵的濃度。尤其是它可以有效地檢測到非常細的顆粒像香煙煙霧。工作溫度：-10-+65°C;工作電壓：4.8-5.2V；靈敏度:0.5V/(0.Img/m3)最小粒子檢知能力：0.03^%em。我們通過灰塵傳感器測出的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，通過接收到的數(shù)據(jù)長度轉(zhuǎn)化為輸出電壓，再通過粉塵濃度計算公式：Ud=A*Vout(其中Ud為粉塵濃度，位為ug/m3;Vout為傳感器輸出信號，單位為V;A為比例系數(shù))最后得出PM值