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基于STM32单片机的PM2.5环境监测系统设计

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楼主
ID:1090924 发表于 2024-12-16 12:47 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一.项目背景
最近为了完成交付的任务，遂重制了一下小项目用STM32做一个小型的环境监测系统。
        项目整体示意框图如下：


二.器件选择
  • 单片机（STM32F103）
  • 数字温湿度模块（DHT11）
  • 液晶显示模块（0.8寸OLED）
  • 粉尘传感器模块（GP2Y10）
  • 报警模块（蜂鸣器）
  • 按键控制模块（独立按键）
        由于笔者觉得时钟模块没什么必要性，就没再加DS1302上去了。
三.PCB绘制
PCB推荐使用嘉立创专业版绘制，对于初学者来说简单易上手，而且这种DIY的小玩意绘制的PCB大小控制在10*10以内还可以免费打样。
        嘉立创很方便的一点是可以使用它内部自带的在线库，省去了自己画封装画元件的步骤，非常简单，但是注意要辨别这里的元件封装的正确性，因为有些元件封装是用户贡献的，所以有些地方不一定正确，各位读者如果是小白的话一定要注意辨别是否符合自己的需求！！！


四.核心代码
以下只对部分核心代码做展示。


Task.c

  1. #include "Task.h"

  3. uint8_t Prime_Mode = 0;
  4. uint8_t Start_Mode = 0;
  5. uint8_t Threshold_Mode = 0;//温度调节模式
  6. bool isCollecting = false;

  8. int Humidity = 0,Temperature = 0;
  9. float Dust_Concentration = 0;
  10. uint8_t TemperatureMax = 30;
  11. uint8_t TemperatureMin = 10;

  13. uint8_t DataRead_Count = 0;//数据采集计次
  14. uint8_t Blink_Count = 0;//闪烁
  15. uint16_t Timer_2000ms = 0;//数据采集间隔
  16. uint16_t Timer_Blink = 0;//

  18. void Task_Test(void)
  19. {
  20.         //LCD_Test();
  21.         //Key_Test();
  22. }

  24. void Device_Init(void)
  25. {
  26.         LCD_Init();
  27.         Buzzer_Init();
  28.         DHT11_Init();
  29.         GP2Y10_Init();
  30.         Key_Init();
  31. }

  33. void Task_Key(void)
  34. {
  35.         uint8_t Key_Number = Key_Scan();
  36.         
  37.         if(Prime_Mode == 2)
  38.         {
  39.                 if(Key_Number == 1)
  40.                 {
  41.                         LCD_Clear();
  42.                         Start_Mode = 1;
  43.                         Prime_Mode = 0;
  44.                         isCollecting = false;
  45.                 }
  46.         }
  47.         else
  48.         {
  49.                 if(Key_Number == 1)
  50.                 {
  51.                         LCD_Clear();
  52.                         Start_Mode ^= 1;
  53.                         Prime_Mode = 0;
  54.                         isCollecting = false;
  55.                 }
  56.         }

  58.         if(Prime_Mode == 2)
  59.         {
  60.                 if(Key_Number == 2)
  61.                 {
  62.                         LCD_Clear();
  63.                         Threshold_Mode ^= 1;
  64.                 }
  65.                
  66.         }
  67.         else
  68.         {
  69.                 if(Key_Number == 2)
  70.                 {
  71.                         LCD_Clear();
  72.                         Prime_Mode = 1;
  73.                         isCollecting = false;
  74.                 }
  75.         }
  76.                

  78.         //设置报警阈值
  79.         if(Key_Number == 3)
  80.         {
  81.                 LCD_Clear();
  82.                 Prime_Mode = 2;
  83.                 isCollecting = false;
  84.                
  85.                 if(Threshold_Mode == 0)//高温阈值++
  86.                 {
  87.                         ++TemperatureMax;
  88.                 }
  89.                 if(Threshold_Mode == 1)//低温阈值++
  90.                 {
  91.                         ++TemperatureMin;
  92.                 }
  93.         }
  94.         if(Key_Number == 4)
  95.         {
  96.                 LCD_Clear();
  97.                 Prime_Mode = 2;
  98.                 isCollecting = false;
  99.                
  100.                 if(Threshold_Mode == 0)//高温阈值++
  101.                 {
  102.                         --TemperatureMax;
  103.                 }
  104.                 if(Threshold_Mode == 1)//低温阈值++
  105.                 {
  106.                         --TemperatureMin;
  107.                 }
  108.         }
  109. }

  111. void filter_and_smooth(float *data, int size, float *smoothed_data) {
  112.     // 滤除0
  113.     int count = 0;
  114.     for (int i = 0; i < size; i++) {
  115.         if (data[i] != 0) {
  116.             smoothed_data[count++] = data[i];
  117.         }
  118.     }

  120.     // 平滑曲线
  121.     for (int i = 0; i < count - 2; i++) {
  122.         smoothed_data[i] = (smoothed_data[i] + smoothed_data[i + 1] + smoothed_data[i + 2]) / 3.0;
  123.     }
  124. }


  127. void Task_DataCollect(void)
  128. {
  129.         //DHT11_Read(&Humidity,&Temperature);
  130.         if ( DHT11_Read(&Humidity,&Temperature) !=0 )
  131.         {
  132.                 DHT11_Init();
  133.         }
  134.         Dust_Concentration = Get_PM25_Average_Data();//采集粉尘浓度数据
  135. //        printf("Humidity:%d\n",Humidity);
  136. //        printf("Temperature:%d\n",Temperature);
  137. //        printf("PM2.5:%f\n",Dust_Concentration);
  138.         printf("%f\n",Dust_Concentration/10);
  139. }

  141. void Task_Alarm(void)
  142. {
  143.         if(Temperature > TemperatureMax || Temperature < TemperatureMin)
  144.         {
  145.                 Buzzer_Control(ON);
  146.                 mdelay(20);
  147.                 Buzzer_Control(OFF);
  148.                 mdelay(20);
  149.         }        
  150. }


  153. void Task_OLED(void)
  154. {
  155.         switch(Prime_Mode)
  156.         {
  157.                 case 0:
  158.                 {
  159.                         //控制启动关机
  160.                         if(Start_Mode == 1)//开机
  161.                         {
  162.                                 LCD_PrintString(0,0,"Welcome to:");
  163.                                 LCD_PrintString(5,2,"System");
  164.                         }
  165.                         else//关机
  166.                                 LCD_Clear();
  167.                         break;
  168.                 }
  169.                 case 1://温湿度，PM2.5浓度
  170.                 {
  171.                         if(Start_Mode == 1)
  172.                         {
  173.                                 if(!isCollecting)
  174.                                 {
  175.                                         LCD_PrintString(2,3,"Collecting...");
  176.                                         mdelay(3000);
  177.                                         LCD_Clear();
  178.                                         isCollecting = true;
  179.                                 }
  180.                                 LCD_PrintString(0,0,"Data=>");
  181.                                 LCD_PrintString(0,2,"Humidity:");
  182.                                 LCD_PrintSignedVal(9, 2, Humidity);
  183.                                 LCD_PrintString(0,4,"Temperature:");
  184.                                 LCD_PrintSignedVal(12, 4, Temperature);
  185.                                 LCD_PrintString(0,6,"PM2.5:");
  186.                                 LCD_PrintSignedVal(6, 6, (int)Dust_Concentration);
  187.                         }
  188.                         break;
  189.                 }
  190.                 case 2://设置报警阈值
  191.                 {
  192.                         if(Start_Mode == 1)
  193.                         {
  194.                                 LCD_PrintString(0,2,"High:");
  195.                                 
  196.                                 LCD_PrintString(0,4,"Low:");
  197.                                 
  198.                                 if(Threshold_Mode == 0)
  199.                                 {
  200.                                         if(Blink_Count == 0)
  201.                                                 LCD_PrintSignedVal(6, 2, TemperatureMax);
  202.                                         else
  203.                                                 LCD_PrintString(6,2,"     ");
  204.                                         LCD_PrintSignedVal(6, 4, TemperatureMin);
  205.                                 }
  206.                                 if(Threshold_Mode == 1)
  207.                                 {
  208.                                         LCD_PrintSignedVal(6, 2, TemperatureMax);
  209.                                         if(Blink_Count == 0)
  210.                                                 LCD_PrintSignedVal(6, 4, TemperatureMin);
  211.                                         else
  212.                                                 LCD_PrintString(6,4,"     ");
  213.                                 }
  214.                         }
  215.                         break;
  216.                 }
  217. //                case 3://出行建议
  218. //                {
  219. //                        if(Start_Mode == 1)
  220. //                        {
  221. //                                if(Humidity > HUM_MAX)
  222. //                                        LCD_PrintString(0,0,"The humidity is too high!!!");
  223. //                                else if(Humidity < HUM_MIN)
  224. //                                        LCD_PrintString(0,0,"The humidity is too low!!!");
  225. //                        }
  226. //                        break;
  227. //                }               
  228.         }
  229. }

  231. void Task_Prime(void)
  232. {
  233.         Task_Key();
  234.         if(DataRead_Count == 1)
  235.         {
  236.                 Task_DataCollect();
  237.                 DataRead_Count = 0;
  238.         }
  239.         Task_Alarm();
  240.         Task_OLED();
  241. }

  243. void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
  244. {
  245.         if(htim->Instance == TIM2)
  246.         {
  247.                 ++Timer_2000ms;
  248.                 ++Timer_Blink;
  249.                 if(Timer_2000ms >= 2000)
  250.                 {
  251.                         DataRead_Count++;
  252.                         Timer_2000ms = 0;
  253.                 }
  254.                 if(Timer_Blink >= 650)
  255.                 {
  256.                         Blink_Count ^= 1;
  257.                         Timer_Blink = 0;
  258.                 }
  259.         }
  260. }
复制代码


五.最终效果

六.总结
通过本项目的实践，不仅实现了基础功能监测，还为未来更复杂的项目打下了坚实的基础。希望读者通过该项目，也能够掌握模块化开发的思路，逐步进阶！

原理图pcb: 无
仿真: 无
项目源码如下： PM2.5_Monitor_NoRTOS.7z (5.92 MB, 下载次数: 0)
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沙发
ID:302495 发表于 2024-12-20 12:59 | 只看该作者
厉害啊大佬，学习了
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