基于STM32的城市空气质量无线监测系统
摘要
步入工业时代以后，人们的生活方式发生了翻天覆地的变化，导致人们对环境空气质量的参数需求，也越来越高。环境空气质量监测设备，逐渐步入人们的生活，然而国内可供人们选择的设备，少之又少，而且价格昂贵，自动化程度也不高。本项目主要通过利用STM32F103C8T6作为主控芯片，利用相关的环境空气质量因子采集传感器对空气中的温湿度数值、二氧化碳浓度值以和PM2.5的浓度值进行采集，分析以后显示在OLED屏幕上，在利用无线传输模块实现远距离检测了；可供正常家居、温室大棚、环境监测等使用。相对于其他环境监测系统，该系统操作简单，可视化程度高，实用性强，成本低，可实现实时采集，自动化程度高等优点；也可通过添加多个无线模块，对某一地区多个地点的空气环境环境因子的变化，对其空气环境质量进行分析。
关键词：空气质量监测因子、无线通讯、Python、STM32
第一章绪论
1.1目的及意义
基于STM32的空气质量监测系统是一套能够实现对环境中空气质量因子实现自动采集、自动发送以及自动处理的一套能实现数据可视化的环境监测系统，可为人们日常生活所需的空气质量检测以及生活生产提供较为可靠的数据参考，在一定程度上有效的提升了我国空气质量检测的水平。空气质量监测系统包括STM32核心处理模块、数据监测与数据显示三个部分，在正常工作下，可实现无人管理，整个过程均可实现自动化，可直接显示出某地区的空气质量因子的变化趋势。这种方法实用性较强，在西方发达国家已经实现单一环境质量的监测，该系统的实现，则可弥补我国在民用方面的环境检测设备仪器价格昂贵、自动化程度不高等因素所带来的不足。
1.2国内外发展现状
空气环境监测仪器的测量精度、使用范围、仪器自动化程度等相关性能参数都会随着科学技术水平的发展进步得到有效的提升，先进的计算机技术水平和传感器技术可以使得仪器发挥其更大的价值。国外步入工业时代较早，在十几年的发展历程中，相关技术也取得了较为突出的成绩，使得其检测技术及仪器在一定程度上领先于我们国家；在检测手段上，仪表的先进程度、自动化水平相对于国内较的高，基本可实现自动采集数据、处理数据、分析数据、传输数据和利用高清显示器显示环境质量。在美国现有的空气质量检测仪器中，较为突出的是E-INSTRUMENTSAQ-PRO室内空气质量检测仪，由于它在设方面比较轻巧，操作方式也较为简单，测量结果也较为精确，正无法满足使用者要求时可通过添加用户所需的环境因子的检测仪器，来满足用户要求，测量数据也可完全实现自动处理和分析。针对不同环境需求，也设计生产出专一的检测设备，例如车载空气质量监测仪，小范围空气质量监测仪等等。
相对于国内，由于早期工业技术较为薄弱，在环境监测方面的核心计算机技术及具体环境因子参数的传感器技术较为落后，使得我国在空气质量监测仪器发展较为缓慢。近些年由于牺牲环境来促使工业快速发展，使得环境遭到巨大破坏，人们对环境的关注度逐渐上升，对环境空气监测技术的投入加大，我国在相关技术方面也得到迅速发展，取得较大进步，发展方向也逐渐向深度和广度靠近；在我国环境空气质量监测发展历程中，可将其分为：第一阶段：“三废”监测、第二阶段：以城市为中心的环境监测、第三阶段：以区域和流域的环境监测、第四阶段：污染与生态并重监测。我国早期的环境空气质量监测仪器主要是以8位或16位的单片机为核心处理系统来进行设计，例如电子研究所所设计的基于单片机的温湿度测量系统，基于MSP430二氧化碳测量系统等，但由于这些设备的自动化程度不高，对测量数据处理能力较弱，使得使用范围受到限制。近年来我国虽然已建立了400多项各类监测方法，可依旧无法满足人们在正常生产生活所需，因此一个自动化环境空气监测仪器的研发势在必行。
1.3研究内容及方法
本文的主要研究内容为：在以STM32系列芯片作为主控芯片的基础上，通过添加环境质量因子检测的温湿度传感器、PM2.5浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器对对应的环境因子数据进行采集，在通过OLED屏和无线通讯模块实现数据可视化。本文中主要涉及到硬件与软件两个方面，在对硬件进行研究时，主要从硬件选型、硬件设计个方面进行探讨；在对软件部分研究时，主要涉及到Kile5软件于Python语言的运用。
主要研究方法如下：
（1）通过对国内外环境空气质量监测仪器进行分析，提出了针对于我们国家民用空气质量监测仪器的系统设计方案，并对方案的可行性进行分析。
（2）对硬件部分的对比分析，选出最为合理的传感器与数据传输模块。
（3）采用编程软件对各模块进行软件设计，实现各模块之间的通信。
第二章系统总体方案设计
本次设计是在基于意法半导体公司的STM系列单片机中的生产的F103c8t6作为中央处理芯片来进行数据处理的