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【STM32练习】基于STM32的PM2.5环境监测系统

news 来源：原创 2025/6/21 3:08:16

一.项目背景

最近为了完成老师交付的任务，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！！！

这里PCB布线也没什么好说的，很简单的几个模块，而且板子的大小很大空间完全足够布线。

四.核心代码

以下只对部分核心代码做展示。

项目文件目录

GP2Y10粉尘传感器的驱动程序

GP2Y10.h

#ifndef   __GP2Y10_H__
#define   __GP2Y10_H__#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "driver_timer.h"
#include "driver_lcd.h"extern ADC_HandleTypeDef hadc1;#define LIMIT(x, min, max) 	( (x) < (min)  ? (min) : ( (x) > (max) ? (max) : (x) ) ) // 限幅函数
#define GP2Y10_LED_ON()	 HAL_GPIO_WritePin(GP_LED_GPIO_Port, GP_LED_Pin, GPIO_PIN_RESET) // 传感器LED灯开
#define GP2Y10_LED_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GP_LED_GPIO_Port, GP_LED_Pin, GPIO_PIN_SET)// 传感器LED灯关#define PM25_LED_H			HAL_GPIO_WritePin(GP_LED_GPIO_Port, GP_LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
#define PM25_LED_L			HAL_GPIO_WritePin(GP_LED_GPIO_Port, GP_LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);#define GP2Y10_SAMP_TIME	280 // 传感器采样时间280us
#define GP2Y10_LEDON_TIME	320 // LED灯开持续时间
#define GP2Y10_PULSE_PERIOD	10000 // 传感器测量脉冲一个周期的时间#define PM25_READ_TIMES	20void GP2Y10_Init(void);
float GP2Y10_Value(void);
float Get_PM25_Average_Data(void);
void GP2Y10_Test(void);#endif

GP2Y10.c

#include "GP2Y10.h"void GP2Y10_Init(void)
{GP2Y10_LED_OFF(); // 初始化传感器LED灯为关HAL_ADC_Start(&hadc1);  //开启ADCHAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50);   //等待转换完成，50为最大等待时间，单位为ms
}// 计算粉尘浓度
float GP2Y10_Value(void)
{uint16_t ADCVal;int dustVal = 0;float Voltage;PM25_LED_H;	//置1  开启内部LEDudelay(280); 	// 开启LED后的280us的等待时间ADCVal = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  //PA1 采样，读取AD值udelay(19);			  //延时19us，因为这里AD采样的周期为239.5，所以AD转换一次需耗时21us，19加21再加280刚好是320usPM25_LED_L;	//置0  关闭内部LEDudelay(9680);			//需要脉宽比0.32ms/10ms的PWM信号驱动传感器中的LEDVoltage = 3.3f * ADCVal / 4096.f * 2; //获得AO输出口的电压值dustVal = (0.17*Voltage-0.1)*1000;  //乘以1000单位换成ug/m3//if (dustVal < 0)dustVal = 0;            //限位//if (dustVal>500)        dustVal=500;return dustVal;
}float Get_PM25_Average_Data(void)
{float temp_val=0;uint8_t t;for(t=0;t<PM25_READ_TIMES;t++)	//#define PM25_READ_TIMES	20	定义读取次数,读这么多次,然后取平均值{temp_val+=GP2Y10_Value();	//读取ADC值mdelay(5);}temp_val/=PM25_READ_TIMES;//得到平均值return temp_val;//返回算出的ADC平均值
}void GP2Y10_Test(void)
{GP2Y10_Init();float concentration;while(1){LCD_PrintString(0,0,"CON:");concentration = GP2Y10_Value();LCD_PrintSignedVal(0,2,concentration);mdelay(1000);}
}

按键读取程序

#include "Key.h"void Key_Init(void)
{}uint8_t Key_GetValue(void)
{uint8_t value = 0;if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_A_Pin) == GPIO_PIN_SET)value = 1;if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_B_Pin) == GPIO_PIN_SET)value = 2;if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_C_Pin) == GPIO_PIN_SET)value = 3;if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,KEY_D_Pin) == GPIO_PIN_SET)value = 4;return value;
}uint8_t Key_Scan(void)
{uint8_t key_number = 0;key_number = Key_GetValue();if(key_number != 0){mdelay(20);while( Key_GetValue() != 0);mdelay(20);return key_number;}return 0;
}void Key_Test(void)
{uint8_t Key_Number = Key_Scan();if(Key_Number == 1)printf("A\n");else if(Key_Number == 2)printf("B\n");else if(Key_Number == 3)printf("C\n");else if(Key_Number == 4)printf("D\n");
}

定时程序

这里原本用的是韦东山老师的RTOS里的非阻塞延时，但是由于笔者最终选择使用裸机完成整个功能，于是便把ms延时函数换成了HAL库的官方延时函数。

#include "driver_timer.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
#define CPU_FREQUENCY_MHZ    72		// STM32时钟主频void udelay(uint32_t delay)
{int last, curr, val;int temp;while (delay != 0){temp = delay > 900 ? 900 : delay;last = SysTick->VAL;curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp;if (curr >= 0){do{val = SysTick->VAL;}while ((val < last) && (val >= curr));}else{curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000;do{val = SysTick->VAL;}while ((val <= last) || (val > curr));}delay -= temp;}
}void mdelay(int ms)
{
//    for (int i = 0; i < ms; i++)
//        udelay(1000);HAL_Delay(ms);
}

逻辑功能实现

Task.h

#ifndef   _TASK_H__
#define   _TASK_H__#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "HeaderConfig.h"#define HUM_MAX      100
#define HUM_MIN      10
#define TEM_MAX      100
#define TEM_MIN      10
#define DUS_MAX      100
#define DUS_MIN      10void Task_Test(void);
void Device_Init(void);
void Task_Prime(void);#endif

Task.c

#include "Task.h"uint8_t Prime_Mode = 0;
uint8_t Start_Mode = 0;
uint8_t Threshold_Mode = 0;//温度调节模式
bool isCollecting = false;int Humidity = 0,Temperature = 0;
float Dust_Concentration = 0;
uint8_t TemperatureMax = 30;
uint8_t TemperatureMin = 10;uint8_t DataRead_Count = 0;//数据采集计次
uint8_t Blink_Count = 0;//闪烁
uint16_t Timer_2000ms = 0;//数据采集间隔
uint16_t Timer_Blink = 0;//void Task_Test(void)
{//LCD_Test();//Key_Test();
}void Device_Init(void)
{LCD_Init();Buzzer_Init();DHT11_Init();GP2Y10_Init();Key_Init();
}void Task_Key(void)
{uint8_t Key_Number = Key_Scan();if(Prime_Mode == 2){if(Key_Number == 1){LCD_Clear();Start_Mode = 1;Prime_Mode = 0;isCollecting = false;}}else{if(Key_Number == 1){LCD_Clear();Start_Mode ^= 1;Prime_Mode = 0;isCollecting = false;}}if(Prime_Mode == 2){if(Key_Number == 2){LCD_Clear();Threshold_Mode ^= 1;}}else{if(Key_Number == 2){LCD_Clear();Prime_Mode = 1;isCollecting = false;}}//设置报警阈值if(Key_Number == 3){LCD_Clear();Prime_Mode = 2;isCollecting = false;if(Threshold_Mode == 0)//高温阈值++{++TemperatureMax;}if(Threshold_Mode == 1)//低温阈值++{++TemperatureMin;}}if(Key_Number == 4){LCD_Clear();Prime_Mode = 2;isCollecting = false;if(Threshold_Mode == 0)//高温阈值++{--TemperatureMax;}if(Threshold_Mode == 1)//低温阈值++{--TemperatureMin;}}
}void filter_and_smooth(float *data, int size, float *smoothed_data) {// 滤除0int count = 0;for (int i = 0; i < size; i++) {if (data[i] != 0) {smoothed_data[count++] = data[i];}}// 平滑曲线for (int i = 0; i < count - 2; i++) {smoothed_data[i] = (smoothed_data[i] + smoothed_data[i + 1] + smoothed_data[i + 2]) / 3.0;}
}void Task_DataCollect(void)
{//DHT11_Read(&Humidity,&Temperature);if ( DHT11_Read(&Humidity,&Temperature) !=0 ){DHT11_Init();}Dust_Concentration = Get_PM25_Average_Data();//采集粉尘浓度数据
//	printf("Humidity:%d\n",Humidity);
//	printf("Temperature:%d\n",Temperature);
//	printf("PM2.5:%f\n",Dust_Concentration);printf("%f\n",Dust_Concentration/10);
}void Task_Alarm(void)
{if(Temperature > TemperatureMax || Temperature < TemperatureMin){Buzzer_Control(ON);mdelay(20);Buzzer_Control(OFF);mdelay(20);}	
}void Task_OLED(void)
{switch(Prime_Mode){case 0:{//控制启动关机if(Start_Mode == 1)//开机{LCD_PrintString(0,0,"Welcome to:");LCD_PrintString(5,2,"System");}else//关机LCD_Clear();break;}case 1://温湿度，PM2.5浓度{if(Start_Mode == 1){if(!isCollecting){LCD_PrintString(2,3,"Collecting...");mdelay(3000);LCD_Clear();isCollecting = true;}LCD_PrintString(0,0,"Data=>");LCD_PrintString(0,2,"Humidity:");LCD_PrintSignedVal(9, 2, Humidity);LCD_PrintString(0,4,"Temperature:");LCD_PrintSignedVal(12, 4, Temperature);LCD_PrintString(0,6,"PM2.5:");LCD_PrintSignedVal(6, 6, (int)Dust_Concentration);}break;}case 2://设置报警阈值{if(Start_Mode == 1){LCD_PrintString(0,2,"High:");LCD_PrintString(0,4,"Low:");if(Threshold_Mode == 0){if(Blink_Count == 0)LCD_PrintSignedVal(6, 2, TemperatureMax);elseLCD_PrintString(6,2,"     ");LCD_PrintSignedVal(6, 4, TemperatureMin);}if(Threshold_Mode == 1){LCD_PrintSignedVal(6, 2, TemperatureMax);if(Blink_Count == 0)LCD_PrintSignedVal(6, 4, TemperatureMin);elseLCD_PrintString(6,4,"     ");}}break;}
//		case 3://出行建议
//		{
//			if(Start_Mode == 1)
//			{
//				if(Humidity > HUM_MAX)
//					LCD_PrintString(0,0,"The humidity is too high!!!");
//				else if(Humidity < HUM_MIN)
//					LCD_PrintString(0,0,"The humidity is too low!!!");
//			}
//			break;
//		}		}
}void Task_Prime(void)
{Task_Key();if(DataRead_Count == 1){Task_DataCollect();DataRead_Count = 0;}Task_Alarm();Task_OLED();
}void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM2){++Timer_2000ms;++Timer_Blink;if(Timer_2000ms >= 2000){DataRead_Count++;Timer_2000ms = 0;}if(Timer_Blink >= 650){Blink_Count ^= 1;Timer_Blink = 0;}}
}

五.最终效果

实物

功能演示

基于STM32的PM2.5监测系统

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！

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编程日记 2025/6/3 10:35:17

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1. 代码 ProductManager 类 from metagpt.actions import UserRequirement, WritePRD from metagpt.actions.prepare_documents import PrepareDocuments from metagpt.roles.role import Role, RoleReactMode from metagpt.utils.common import any_to_nameclass ProductMan…...

编程日记 2025/6/3 8:11:44