Micropython/STM32F405:1小時制作PM2.5檢測儀視頻演示

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2016-8-25 14:58 上傳

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2016-8-25 15:05 上傳

    傳感器上一共六根線，從1到6依次是GND,VCC,NC,NC,RX,TX。其中我們只用三根線，電源（GND,VCC）和串口（TX），傳感器與TPYBorad接線參照圖1，具體用哪個串口請參照官方網(wǎng)站上文檔TPYBoard 關(guān)于串口的使用，小編用的串口為  UART(2) is on: (TX, RX) = (X3, X4)  = (PA2,  PA3)，因?yàn)橹恍枰獙��?shù)據(jù)傳到PTYBoard，所以只用到RED即PTYBoard的X4引腳。

   

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2016-8-25 15:08 上傳

    圖1

    3.2 LCD5110的針腳

    先看一下LCD5110針腳含義吧（注意：LCD5110的針腳有些不一樣的

    TPYBoard的針腳與5110的針腳對應(yīng)關(guān)系如下：

    TPYBoard       LCD5110    memo

    ----------------------------

    # any   Pin     => RST       Reset pin (0=reset, 1=normal)

    # any   Pin     => CE        Chip Enable (0=listen for     input,   1=ignore input)

    # any   Pin     => DC        Data/Command (0=commands, 1=data)

    # MOSI        => DIN       data flow (Master out, Slave in)

    # SCK        => CLK       SPI clock

    # 3V3 or any Pin    => VCC       3.3V logic voltage (0=off, 1=on)

    # any Pin       => LIGHT     Light (0=on, 1=off)

    # GND        => GND

    TPYBoard       LCD5110    memo

    ----------------------------

    Y10          => RST       Reset pin (0=reset, 1=normal)

    Y11          => CE        Chip Enable (0=listen for input, 1=ignore input)

    Y9          => DC        Data/Command (0=commands, 1=data)

    X8          => DIN       data flow (Master out, Slave in)

    X6          => CLK       SPI clock

    VCC

    Y12         => LIGHT     Light (0=on, 1=off)

    GND

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2016-8-25 15:09 上傳

                           圖2

    按照圖1、圖2所示將PM2.5粉塵傳感器以及5110顯示屏與PTYBoard連接起來，硬件連接完畢，如圖3:

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2016-8-25 15:10 上傳

                              圖3

    4.1 PM2.5粉塵傳感器工作原理

    PM2.5粉塵傳感器的工作原理是根據(jù)光的散射原理來開發(fā)的，微粒和分子在光的照射下會產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時，還吸收部分照射光的能量。

    當(dāng)一束平行單色光入射到被測顆粒場時，會受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測場灰塵的相對濃度。光強(qiáng)的大小和經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號強(qiáng)弱成正比，通過測得電信號就可以求得相對衰減率，進(jìn)而就可以測定待測場里灰塵的濃度。在傳感器的中間有一個洞，這個洞可以讓空氣在里面流通。在洞的兩個邊緣 ，一面安裝有一個激光發(fā)射器，另一面安裝有激光接收器。這樣一來，空氣流過這個小洞，空氣里的顆粒物呢就會擋住激光，從而產(chǎn)生散射，另一面的接收器，是依據(jù)接收到的激光強(qiáng)度來發(fā)出不同的信號的（其實(shí)就是輸出不同的電壓值）。這樣一來，空氣里的顆粒物越多，輸出的電壓越高，顆粒物越少，輸出的電壓越低。

    內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿真圖所示：

  

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2016-8-25 15:10 上傳

    上面說了傳感器的原理，接下來就說說它傳出來的信號和對于接收到的信號的計算吧。

    這個傳感器的輸出數(shù)據(jù)是靠串口進(jìn)行傳輸?shù)模瑐鞲衅鲿�通過串口每10ms不到（一般3～4ms）發(fā)送一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的類型大致是個“0X00”這樣的16進(jìn)制的數(shù)據(jù)。每次的數(shù)據(jù)會以“0XAA”作為起始端，以“0XFF”作為結(jié)束端。共7個數(shù)據(jù)位，7個數(shù)據(jù)位中包含了起始位，結(jié)束位，數(shù)據(jù)高位，數(shù)據(jù)低位，數(shù)據(jù)高校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)低校驗(yàn)位和校驗(yàn)位（校驗(yàn)位是怎樣計算出來的，下面會講到）。數(shù)據(jù)格式大致如下：

   

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2016-8-25 15:11 上傳

    其中校驗(yàn)位長度=Vout（H）+Vout（L）+Vref（H）+Vref（L）的長度。

    數(shù)據(jù)的組成一共是有7個數(shù)據(jù)位，但是只有Vout（H）和Vout（L）這兩個數(shù)據(jù)才是我們真正所需要的。我們需要依照這兩個數(shù)據(jù)算出來串口輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而通過數(shù)模轉(zhuǎn)換公式來計算出輸出的電壓。進(jìn)一步的通過比例系數(shù)計算出空氣中顆粒物的數(shù)量。下面來說一下怎么計算。

    傳感器輸出的數(shù)據(jù)分為高位和低位，其中呢Vout（H）為高位，Vout（L）為低位。因?yàn)榇�口傳進(jìn)來的Vout（H）和Vout（L）是16進(jìn)制的，第一步先轉(zhuǎn)化成10進(jìn)制的（這個大家都會，不多說了）。然后根據(jù)這兩個輸出值的10進(jìn)制數(shù)計算出串口輸出數(shù)值的電壓。

    公式如下（其中Vout（H）和Vout（L）是已轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制的）：

    Vout=（Vout（H）*256+Vout（L））/1024*5

    這樣就算出來了他輸出出來的電壓了，再根據(jù)比例系數(shù)A，就可以計算出空氣中的顆粒物的值了。（A的值一般是在800到1000，具體的數(shù)值還要根據(jù)你買到的傳感器的精度，準(zhǔn)確度和誤差值進(jìn)行確定。我現(xiàn)在用的是800。）

    PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率是非常高的，一般3～4ms發(fā)送一個16進(jìn)制的采樣數(shù)據(jù)，也就是說傳感器通電（接通VCC和GND）后，每隔3～4ms發(fā)送一個16進(jìn)制的采樣數(shù)據(jù)，這么高的采樣頻率作為一個檢測儀來說顯然是沒有必要的。

    TPYBoard通過串口接收粉塵傳感器數(shù)據(jù)，使用串口當(dāng)然先定義串口，通過打開就可以接收串口數(shù)據(jù)，關(guān)閉串口就停止接收數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，來自由控制PM2.5粉塵傳感器的采樣頻率。

   5.2程序編碼

    我們main.py中，采用首先定義串口，其次是打開串口接收采樣數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉串口，并且處理采樣數(shù)據(jù)及顯示，依次循環(huán)。

    接線ok后，導(dǎo)入font.py文件和upcd8544.py文件(主要用于5110顯示數(shù)據(jù)），再運(yùn)行main.py即可看到當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級以及PM2.5的濃度值了。