引 言

随着现代工业化程度不断提高，人为因素的环境污染问题日益严重，尤其 PM2.5 对人们的身体健康产生了严重影响。各种环境检测器如雨后春笋，其中PM2.5 检测器深受市场欢迎。因此本课题基于STM32 平台设计开发了一款 PM2.5 检测器，以实现检测、显示与报警等功能。

本课题采用常见的STM32芯片（ARMCortexTLS-P906 型），该芯片具有数据采集、处理和输出等功能。STM32芯片由控制单元、从属单元和总线矩阵三部分组成，通过总线矩阵将控制单元和从属单元连接在一起。其程序存储器、数据存储器和输入输出端口寄存器在同一个线性地址空间里。本课题采用SDS011PM2.5传感器模块，并将传感器模块与STM32芯片连接在一起，通过USB转 TTL接口与电脑连接， 从而实现对空气中PM2.5数据的采集和分析。嵌入式系统硬件的基本组成如图 1所示。

1 数据采集介绍

数据采集（DAQ）指模拟或数字传感器抑或其他设备的被测单元自动采集非电量或电量信号，并送到上位机进行分析、处理，从数据源收集、识别和选取数据的功能。数据采集系统是基于计算机或其他专用测试平台测量软硬件为方便各类用户操作而设计的测量系统。被采集数据是已被转换为电流信号的各种物理量，如温度、湿度、颗粒物、压强等，这些既可以是模拟量，也可以是数字量。一般通过采样方式采集，即间隔一定时间（采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据可能是某段时间内的一个特征值，但在大多数情况下是瞬时值。准确来说，数据采集以准确的数据测量为基础。数据量测方法分为接触式和非接触式两种，检测元件多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，保证数据的正确性。数据采集含义广泛，包括对面状连续物的物理量采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像的数字化过程也可称为数据采集，此时采集的量包括灰度等物理量和数据等几何量。数据采集整体结构与流量图如图 2 所示。

数据采集系统基于PC 机实现，通过将模块化硬件、应用软件和计算机相结合来进行数据测量，如空气中的颗粒物、温度、气压、湿度等。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。数据采集系统实现了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件的完美结合。数据采集流程图如图 3 所示。

2 数据采集器的选型与设计

2.1 数据采集器的选型与设计

本设计采用SDS011PM2.5 检测器，其具有如下特点：

（1）数据准确 ：激光检测，稳定，一致性好 ； （2）响应快速 ：场景变换响应时间小于 10 s ； （3）便于集成：串口输出（或 IO 口输出可定制），自带风扇； （4）分辨率高：分辨颗粒最小直径达 0.3 μm ；

SDS011 传感器模块实物图如图 4 所示，传感器配用的串口线与USB 实物如图 5 所示，传感器接入电源后的组装图如图 6 所示。

2.2 工作原理 本器件采用激光散射原理，当激光照射到检测位置的颗
粒物时会发生微小的光散射。在一些特定方向，光散射波形与
颗粒直径有关，将不同粒径的波形分类统计并通过换算公式
可以得到颗粒物的实时浓度，按照标定方法得到与官方单位统
一的质量浓度。
技术指标见表 1 所列，LCD 显示屏结构图如图 7 所示， 基于STM32 的数据采集结构图 8 所示。

2.3 选择的数据采集器的工作原理

通过串口调试助手软件可以显示出以十个字节为单位的信息 ：报文头 + 指令号 + 数据（6 字节）+ 校验和+ 报文尾，具体见表 2 所列。

计算时要求数据为十进制，但输出的数据是 16 进制，因此要对输出数据进行进制转换。

PM2.5 数 据 内 容 ：PM2.5（ PM10 数 据 内 容 ：PM10（μg/m3）=（（PM10 高 字 节

PM2.5 的输出如图 9 所示。实物连接运行图如图10 所示。

图11 串口输出数据显示

3 基于嵌入式处理器数据采集器的设计结果与分析 接通电源并调试完成后，嵌入式处理器 LCM046 显示屏

4 结 语

本次设计实现了精确测量室内 PM2.5 的功能，同时加入 了报警功能，与一般的传感器相比更能让人们对环境的恶化 情况加以重视，较好地完成了本课题。