一种具有云端通信功能的PM 2.5检测器设计

吴观德, 欧阳明廷

（1.惠州市特仕科技有限公司,惠州 510086； 2.电子科技大学光电信息学院，成都 610054）

一种具有云端通信功能的PM 2.5检测器设计

吴观德1, 欧阳明廷2

（1.惠州市特仕科技有限公司,惠州 510086； 2.电子科技大学光电信息学院，成都 610054）

设计一种能快速检测空气中的PM 2.5浓度的检测器，作为公司PM 2.5大数据的智能硬件终端。系统采用MSP430F149作为主控MCU，选用SDS018 PM 2.5传感器模块和hc-05蓝牙通讯模块，传感器模块和蓝牙通信模块分别与MCU串行口连接并通信。MCU定时采集传感器模块数据，通过蓝牙通信模块将PM 2.5数据发送至智能终端，通过设计移动端APP可显示PM 2.5数据，同时APP将系统时间、地理位置发送至云端服务器以实现公司对PM 2.5大数据的管理和应用。

PM 2.5；蓝牙；智能硬件

引言

随着雾霾天气频繁出现，严重影响了人们的生活和健康。人民对雾霾的关注度越来越高，人们迫切希望能实时动态的掌握家居和关注地区的雾霾情况。PM 2.5作为近年来反应雾霾程度和空气质量的重要指标参数，其检测传感器研制、检测仪器开发以及大范围内PM 2.5分布情况等得到企业界的重视[1]。为此，本公司在PM 2.5云端大数据平台基础上，开发一种具有和云端大数据平台通信的PM 2.5检测器，一方面方便人们快速检测PM 2.5以获知环境质量[2]；另一方面通过云端服务器可构建PM 2.5大范围污染分别情况，并可服务本文设计终端用户。

1 系统总体设计

为了达到便携式设计，本设计采用蓝牙通信模块以建立和智能移动终端，如手机的通信，通过智能终端的移动网络或WiFi等建立和云端数据平台的internet通信。用户通过智能终端应用APP可实现随时随地的PM 2.5检测与查询，具有云端服务的PM 2.5检测与服务的系统总体构成如图1所示。图中各用户可以通过蓝牙和PM 2.5检测器近场通信实现PM 2.5的检测与显示，通过客户端APP将检测结果、时间、地理位置等信息一并发送到云端服务器；同时也通过云服务进行远程查询各地PM 2.5情况。

图1 具有云服务的PM 2.5检测与服务的系统图

2 PM 2.5检测器硬件设计

为了实现上述具有云端通信的PM 2.5检测器，检测器采用蓝牙与智能终端通信，利用智能终端APP进行检测结果显示，同时通过智能终端接入internet的灵便性实现与云端服务器的通信。为了达到便携的设计目的，系统采用家居最常用的通电宝供电，即USB供电。系统选用MSP430F149为主控MCU芯片[3，4]；通过选用诺方SDS018传感器为PM 2.5检测模块[5]；选用HC-05蓝牙通讯模块作为连接智能终端的通信手段。蓝牙模块、传感器模块分别与单片机采用串行口通信连接方式，硬件总体设计框图如图2所示。

2.1 PM2.5传感器接口电路设计

SDS018 PM 2.5传感器具有测量数据稳定、变化灵敏的特征。该传感器模块接口引脚有6个,除了相应的电源外，主要用1 μm引脚的PWM输出方式。 PWM输出方式主要有两种，默认为输出方式1。方式1能够快速响应单片机的要求，每1 s更新1次，测得的数据精确度非常高；输出方式2是只要是结合以前老款的PM 2.5传感器，方便用户升级原来的PM 2.5传感器，PM 2.5传感器的输出方式如表1所示。假如采集周期设置为 5 s，则低脉冲占空比（%） = 全部低脉冲宽度（ms）/ 5 000（ms）×100 ，脉冲占空比（%）与PM 2.5颗粒浓度（μg/m2）关系线性，具体数值可参阅模组手册。

电路设计中将MCU的P1.1引脚与传感器的1 μm的引脚连接，传感器数据经过MCU处理后通过蓝牙通信发送到手机APP。传感器模块与MCU连接图3所示，图中包括测量PM 10。

2.2 蓝牙接口电路设计

图2 PM 2.5检测器系统原理图

HC-05蓝牙通信模块，可以同智能终端如手机、电脑等蓝牙主机通信，蓝牙模块的引脚有NC、VCC、GND、TXD、RXD、STATE共6个引脚。具体接口电路设计时除工作电源外，将蓝牙模块的TXD与MCU的RXD引脚P3.7相连；蓝牙模块的RXD与MCU的TXD引脚P3.6相连，实现蓝牙模块与MCU的串行数据传送，具体接口电路略。

3 软件设计

3.1 PM 2.5检测器软件设计

硬件嵌入式软件采用C语言编写，程序内容包括MCU初始化、传感器初始化、传感器检测与数据处理、蓝牙初始化以及通信等。程序流程图如图4所示。

3.2 智能终端APP设计

智能终端APP主要用于建立蓝牙连接后接收硬件蓝牙模块发送过来的PM 2.5的数据并进行显示，同时APP还获取用户所在地理位置、系统当前时间等数据，通过云端服务器的IP地址向其发送数据和获取相关查询数据， APP设计流程图图如5所示。

表1 传感器输出方式1

图3 PM 2.5传感器模块与MCU连接电路图

图4 硬件嵌入式软件流程图

图5 APP软件流程图

4 结论

本文通过设计一种具有云端通信功能的PM 2.5检测器的软硬件，实现了快速检测空气中的PM 2.5浓度；通过设计智能终端APP，实现了通过APP显示PM 2.5数据， 同时APP将PM 2.5、系统时间、地理位置发送至云端服务器。经测试，测试结果准确，实现了APP显示和云端的通信，有助于公司对PM 2.5大数据的管理和应用战略。

[1] 李杰.一种基于单片机的空气质量自动测控系统设计[J].电子测试, 2016.3: 34-36.

[2] 孙波,李爽. PM 2.5检测方法及研究进展[J].山东化工, 2015, 44(9): 56-57.

[3] 梅祥.基于STM32 的PM 2.5 检测系统设计[J].工业控制计算机, 2016, 29(9):159-160.

[4] 济南诺方电子技术有限公司,激光PM 2.5传感器规格书[Z]. 2015. 10.

[5] 沈建华,杨艳琴.MSP430超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华出版社, 2013.

吴观德（1984.5- ），男，大学，助理工程师，主要从事智能硬件研究与开发工作。

Design of PM 2.5 Detector With Cloud Server Communication

WU Guan-de1, OU-YANG Ming-ting2
(1. Huizhou Tesy Technology Co., Ltd., Huizhou 516007；2.School of Optoelectronic Information,University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054，)

This paper designs a rapid detection of PM 2.5 as the company PM 2.5 large data intelligent hardware terminal. The system uses MSP430F149 as the master MCU, chooses SDS018 PM 2.5 sensor module and hc-05 Bluetooth communication module, sensor module and Bluetooth communication module are connected with the MCU serial port and communication. MCU time to collect the sensor module data, through the Bluetooth communication module to send PM 2.5 data to the intelligent terminal, through the design of intelligent terminal APP can display PM 2.5, while the APP sends system time, geographical location to the cloud server to achieve the company PM 2.5 large data management and application.

PM 2.5; Bluetooth; intelligent hardware

TP273.9

A

1004-7204（2017）03-0059-04

本文得到惠州市科技计划项目（编号：2015B010002005、2014B020004020）资助。