基于Arduino的多场景PM2.5检测仪

科学技术创新2020.02基于Arduino 的智能环境监测系统的设计与制作王瑞祥杨定成（浙江东方职业技术学院，浙江温州325000）在社会经济不断发展与科学技术水平不断提升的影响下，随着各种智能系统与数字化设备、自动化控制技术等的不断研究与开发应用，也逐渐推动了空气质量与环境监测领域中有关智能化、数字化设备以及自动化技术产品的研究与应用，智能化、自动化与数字化逐渐成为各行业领域研究和发展的重要方向。

其中，基于Arduino 的智能环境监测系统是采用Arduino 单片机与各种环境监测传感器设备，通过对外部环境数据的监测分析，在蓝牙无线传输通信技术方式支持下，向有关接收设备或者是用户手机等进行环境监测与分析数据发送，以满足其环境监测需求，使用户能够根据环境监测与分析结果及时进行调节和管理，确保其环境质量最优化。

值得注意的是，上述基于Arduino 的智能环境监测系统在实际设计与开发过程中，为满足系统开发与设计的环境保护和能源节约要求，专门采用了太阳能光伏板以及可充电电池进行电源系统设计，以满足其系统运行的电能需求，同时促进系统设计与开发的综合效益提升。

将从系统总体结构与功能设计、硬件设计、软件设计等方面，对基于Arduino 的智能环境监测系统的设计与制作实现进行研究，以供参考。

1基于Arduino 的智能环境监测系统及其结构组成分析基于Arduino 的智能环境监测系统主要由数据监测设备与数据显示设备两大硬件设备部分组成，并且其系统的两大硬件设备结构之间进行数据传输是利用蓝牙无线传输通信模块实现的。

如下图所示，即为基于Arduino 的智能环境监测系统的总体结构组成示意图。

基于Arduino 的智能环境监测系统总体结构示意图其中，基于Arduino 的智能环境监测系统中，其数据监测设备结构中，主要采用光伏电源系统设计，为系统运行提供可靠的电能支持，此外，还包含Arduino 单片机以及各种环境监测传感器设备，系统运行中，通过各种环境监测传感器设备对监测空间内的各项环境参数进行有效采集，一般包含光照强度以及环境温度、湿度、PM2.5浓度等数据类型，然后在有关算法支持下通过计算分析完成对数据信息的有效整合和处理，并根据数据传输模块中的蓝牙无线传输通信协议对其通信传输进行支持，向有关数据接收设备或者是用户手机进行传输。

下面是一个简单的基于单片机的PM2.5检测仪的仿真代码，其中使用了DS18B20温度传感器和PMS7003粉尘检测传感器。

代码的基本思路是通过串口将温度数据和PM2.5数据传输到计算机端显示出来。

```#include <reg51.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit LED1 = P1^0;sbit LED2 = P1^1;sbit LED3 = P1^2;uchar PM25_HB[] = {0x42, 0x4d}; // PM2.5的起始命令头uchar PM25_RX[12]; // PM2.5接收缓存uchar DS18B20[] = {0xcc, 0x44, 0xbe, 0x01}; // DS18B20温度传感器的命令uchar DS18B20_RX[9]; // DS18B20接收缓存uchar code tab_P[16] ={0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9,'A','B','C','D','E','F'};uchar dat PM25_H,PM25_L; // PM2.5的高位和低位float dat PM25,Temp; // PM2.5和温度// 延时函数void Delay10us() {uchar i, j;i = 2;j = 199;do {while (--j);} while (--i);}// 发送一个字节到串口void SendByte(uchar dat_temp) {uchar i, j, flag_Tx_complete;i = 8;flag_Tx_complete = 0;SBUF = dat_temp;while (i--) {for (j = 0; j < 12; j++) {if (RI) { // 接收到回显RI = 0;break;}}if (j < 12) {flag_Tx_complete = 1;RI = 0;} else {flag_Tx_complete = 0;SBUF = dat_temp; // 重发一次}}}// 发送一串数据到串口void SendData(uchar *data_send, uint length) { uint i;for (i = 0; i < length; i++) {SendByte(*(data_send + i));}}// 初始化串口void Init_Serial() {TMOD = 0x20; // 设置定时器1TH1 = 0xFD; // 波特率 9600bpsTL1 = 0xFD;TR1 = 1;SM0 = 0;SM1 = 1;REN = 1;ES = 1; // 开启串口中断EA = 1; // 开启中断总开关}// 串口接收中断函数void Serial_Rx() interrupt 4 {static uchar i = 0;uchar RX_data = SBUF;SBUF = RX_data;if (i < 12) {*(PM25_RX + i) = RX_data;} else if (i < 24) {*(DS18B20_RX + (i - 12)) = RX_data;}if (i == 39) { // 接收长度为40字节i = 0;PM25_H = *(PM25_RX + 2);PM25_L = *(PM25_RX + 3);PM25 = (PM25_H * 256 + PM25_L) / 10.0;Delay10us();SendData(DS18B20, 4);Delay10us();SendData(DS18B20_RX, 9);Temp = ((DS18B20_RX[1] << 8) + DS18B20_RX[0]) / 16.0;} else {i++;}}// 主函数void main() {LED1 = 0;LED2 = 0;LED3 = 0;Init_Serial();while (1) {LED1 = 1;SendData(PM25_HB, 2);LED1 = 0;Delay10us();}}```这段代码中使用了DS18B20温度传感器和PMS7003粉尘检测传感器。

He Jianhua, Wu Yanfeng
(Fujian Polytechnic of Information Technology, Fuzhou Fujian 350003, China)
Abstract: The monitoring of home environment parameters often needs multi space point measurement, because of the timeconsuming and laborious shortcomings of traditional measurement methods, the author designs an intelligent environment parameter monitoring system based on Arduino, combined with IoT and information technology, which can monitor the parameters of home environment real-time, such as temperature and humidity, PM2.5 and gas leakage. By using air conditioning, humidifier, simulated smoke generator and other equipment to change the parameters of the experimental environment, verified the effectiveness of the intelligent environment parameter monitoring system.

基于单片机的温湿度PM2.5检测仪作者：南海城唐雅媛潘学文来源：《电脑知识与技术》2021年第08期摘要：为让人们了解到空气质量，该设计利用单片机、温湿度传感器和PM2.5检测模块构成的检测仪，可将空气中温湿度、PM2.5浓度数据实时采集。

检测仪分为温湿度检测与PM2.5检测两大部分，采用温湿度传感器DHT11检测空气中的温湿度参数，采用粉尘检测传感器GP2Y1010AU0F测量空气中的PM2.5浓度，然后将收集到的信号经过A/D转换为单片机可辨别的信号，最后在液晶显示屏上显示出数据，从而用来监测PM2.5的含量。

关键词：温湿度传感器;粉尘传感器;单片机;空气质量中图分类号：TN911-4;G434 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2021）08-0208-02Abstract： In this paper，ZigBee AD hoc network technology is used to build a wireless sensor network for information exchange to achieve intelligent home environment monitoring. The system hardware is based on the CC2530 development board and the wireless sensor network is built through ZigBee coordinator， routing nodes and network nodes， multiple sensor nodes for data acquisition， and the acquisition of the signal amplification， A/D conversion and other processing，to achieve A close distance between the nodes of wireless communication. The user terminal uses the upper computer to write the software code and realize the real-time display of data. The system has the advantages of low power consumption， low cost， convenient installation， compact and beautiful and is suitable for the real-time monitoring of environmental data in the user's residence.Key words： temperature and humidity sensor; dust sensor; single chip microcomputer; air quality随着我国经济的高速发展，人民生活水平的提高，越来越多人注重空气品质状况等环境问题及所带来的影响。