基于北斗定位的多参数城市环境监测仪

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1、基于北斗定位的多参数城市环境监测仪摘要文章介绍了一种基于单片机且有定位功能的环境监测仪。该监测仪以stm32fl03单片机为核心，采用低功耗设计，利用北斗导航芯片定位授时，通过温度传感器，湿度传感器，噪声传感器，PM2.5传感器实现多功能环境参数的采集整理，同时具有LED屏显示和人机交互功能。关键词环境监测仪定位单片机信息采集0引言目前市场上有很多流通的环境监测仪，但是很多的仪器不具备定位功能，不能更仔细地检测一个区域的环境信息。还有现在很多监测仪精度不高。本文设计了一个可以定位的测量温度，湿度，噪声和PM2.5的低功耗的环境监测。1基于环境监测的环境检测仪模块设计1.1系统总体结构检测

2、仪的主控芯片采用ST半导体公司的Cortex-M3系列的单片机，采用北斗导航模块接收卫星定位数据和授时数据。该系统包括北斗导航模块，显示模块，传感器模块（噪声传感器，温度传感器，湿度传感器，PM2.5传感器），电源模块组成。①主要完成对定位到局部区域的空气质量，温湿度以及噪音情况进行监测。总体结构框图如图1所示。一台仪器可以同时监测四种参数，该仪器工作方式为自动采样自动分析，测量浓度直接在显示屏上显示。STM32F103是增强系列的MCU，拥有72MHZ的运行频率，能够完成北斗导航芯片的数据解析，显示屏的扫描更新，同时能够满足用户交互任务的需求。MCU自带的异步串口USART可以对接导航

3、芯片，同步串口SPI外设可用于控制显示模块的刷屏，TIM的输入捕获功能可以实现对PM2.5检测模块的数据捕获。采用质量轻储能高的锂电池为系统的供电电源，采用可视角度大、功耗低的彩色液晶屏作为显示模块。②同时系统还设置了红色预警系统，当检测的值超过了规定的值，显示会出现颜色变化进行预警。1.2温度传感器电路温度测量电路采用数字式温度传感器DS18B20。③DS18B20只有一个串行通信接口，即单线制传感器，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，大大提高了系统的抗干扰性。这样的系统允许每一个挂在总线上的区间都能在适当的时间驱动它。由于DS1

4、8B20的单线制特性，其发送和接收必须为三态特性，其出具口为漏极开路输出，而且我们采用的是外加电源供电，因此外接上拉电阻，在常态下呈现高电平状态。DS18B20测温范在55°C〜+125°C，精度为令？.1°C。工作电源：3.0〜5.5V/DC。DS18B20的温度读取过程为：复位一发SKIPROM命令（OXCC）—发开始转换命令（0X44）—延时一复位一发送SKIPROM命令（OXCC）—发读存储器命令（OXBE）—连续读出两个字节数据（即温度）一结束。1.3湿度传感器电路我们采用DHT11湿度传感器作为湿度传感器。DHT11技术性能特征：工作电压范围：3.3V-5.5V。工作电流：平

5、均0.5mA。输出：单总线数字信号。测量范围：湿度20〜90%RH。精度：湿度令？％。分辨率：湿度1%。DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式。单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。数据分小数部分和整数部分，一次完整的数据传输为40bit，高位先出。DHT11的数据格式为：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。其中校验和数据为前四个字节相加。传感器数据输出的是未编码的二进制数据。数据（湿度、温度、整数、小数）之间应该分开处理。我们这里选择的DHT11也可以测量温度，但由于它的精

6、度不高，测量范围较DS18B20小，所以我们只采用湿度测量。用户M⑶发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行湿度采集。采集数据后转换到低速模式。1.4PM2.5传感器电路我们选择GP2Y1051AU0F作为传感器，GP2Y1051AU0F是灰尘(粉尘)传感器由光学传感系统一个红外发光二极管(IRED)和光电子晶体管是对角布置在该装置中组成的。它是通过检测

7、空气中尘埃的反射光计算粉尘的浓度。尤其是它可以有效地检测到非常细的颗粒像香烟烟雾。工作温度：-10-+65°C;工作电压：4.8-5.2V；灵敏度:0.5V/(0.Img/m3)最小粒子检知能力：0.03^%em。我们通过灰尘传感器测出的数据发送给单片机，通过接收到的数据长度转化为输出电压，再通过粉尘浓度计算公式：Ud=A*Vout(其中Ud为粉尘浓度，位为ug/m3;Vout为传感器输出信号，单位为V;A为比例系数)最后得出PM值