OneNET麒麟座应用开发之十：空气质量数据监测站项目总结

Posted 2020-09-22

大气质量数据监测站用于测试空气质量监测及数据采集，实现野外或者室内空气质量的检测。

1、项目概述

本项目是一个定制项目，要求采集大气的压力、温度、湿度、PM25、位置等数据并上传到指定的后台服务器。但有时候因为没有条件或因为各种原因不能联网，则采用本地保存的方式，本地保存我们决定使用SD卡来实现。除此外，为了实现显式需求，还需要配套一些东西来实现饮食的需求，如实时时钟记录，上传联网方式的选择等。

2、硬件设计

本项目涉及到的硬件并不复杂，我们对其中几个实用比较多的电路做一个说明。首先说一下串口通讯电路，在本项目中激光PM25传感器、气体质量流量控制器、SD读卡器等都是使用串口来实现通讯，所以我们采用如下的串口电路设计：

该方式即可支持RS232，也可实现RS485，当然简单的TTL也没问题，只需要根据自己的不同需求焊接不同的元器件就可实现。

接下来我们说一说PWM控制电路，其实用的是计时器来实现，由于点击需要12V-24V的电源，所以我们外加一部分电路来实现电机的驱动，而PWM信号则有MCU产生，并能够通过电路提升电压。

 

最后我们说一下联网部分，联网有多种方式，有线连接、wifi连接都支持，首先说一说wifi，我们使用了ESP8266来实现这一需求，之所以选择ESP8266是因为软硬件实现都比较简单，而且我们对通讯的要求并不十分高，因为10m秒钟记录一个数据就好了，所以成本就是主要理由了。

 

至于有线我们使用W5500来实现，在以前的文章中已经多次说明过，这一次就不再重复了。

3、软件设计

接下来我们说一说软件的设计，软件的设计较硬件要繁杂的多，我们选取其中一部分前面没有说明过的做一些说明。首先我们说一下PWM控制，每台采集站有2路进气，所以我们需要控制两个气泵，以及2路的PWM，每路可以单独控制，在试验时我们使用50%的占空比。

void PWM_Configuration(void)
{
  //计算初始化的频率和占空比
  TimerPeriod = PWMTimePeriod;//计算用于设置ARR寄存器的值使产生信号的频率为17.57 Khz

  PWM1Pulse = (uint16_t) (((uint32_t) 5 * (TimerPeriod - 1)) / 10);//计算CCR1寄存器的值在通道1和1N产生50%占空比，用于TIM1

  PWM2Pulse = (uint16_t) (((uint32_t) 5 * (TimerPeriod - 1)) / 10);//计算CCR1寄存器的值在通道1和1N产生50%占空比，用于TIM8

  PWM_InitProcess(TIM1,TimerPeriod,PWM1Pulse);
}

      其次我们说以说I2C控制，有好几路传感器都使用的是I2C数据通讯来实现，我们在这里我们只说两个基本的I2C操作函数，一个是下发命令，一个是读取数据。所有的操作都刻以通过调用这两个函数来实现。

/*向I2C从站下发指令，指令格式均为1个字节*/
void SendCommandToI2CSlave(I2C_TypeDef* I2Cx,uint8_t deviceAddress,uint8_t command)
{
  uint16_t i2cTimeout=TimeoutPeriod;

  /*产生I2C起始信号*/
  I2C_GenerateSTART(I2C2, ENABLE);

  /*检测 EV5 事件并清除标志*/
  while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
  {
    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;
  }

  /*发送I2C从站的地址*/
  I2C_Send7bitAddress(I2Cx,deviceAddress,I2C_Direction_Transmitter);

  i2cTimeout=TimeoutPeriod;

  /*检测 EV6 事件并清除标志*/
  while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))
  {
    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;
  }

  /*下发操作命令*/
  I2C_SendData(I2Cx, command);
  i2cTimeout=TimeoutPeriod;

  /*检测 EV8 事件并清除标志*/
  while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))
  {

    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;

  }

  /* 产生I2C停止信号 */
  I2C_GenerateSTOP(I2Cx, ENABLE);
}

 /*从I2C从站读取多个字节数据的值*/
void GetBytesFromI2CSlave(I2C_TypeDef* I2Cx,uint8_t deviceAddress,uint8_t *pData,uint16_t bytesNum)
{
  uint16_t i2cTimeout=TimeoutPeriod;
  /*如果I2C总线忙，则等待一段时间*/
  while (I2C_GetFlagStatus(I2Cx, I2C_FLAG_BUSY))
  {
    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;
  }

  /* 产生 I2C 起始信号 */
  I2C_GenerateSTART(I2Cx, ENABLE);

  /*检测 EV5 事件并清除标志*/
  while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))
  {
    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;
  }

  /*发送I2C从站的地址*/
  I2C_Send7bitAddress(I2Cx,deviceAddress+1,I2C_Direction_Receiver);
  i2cTimeout=TimeoutPeriod;

  /*检测 EV6 事件并清除标志*/
  while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))
  {

    if ((i2cTimeout--) == 0) return ;

  }

  while(bytesNum)
  {
    if(bytesNum==1)
    {
      I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, DISABLE);//关闭应答
      I2C_GenerateSTOP(I2Cx, ENABLE);//停止信号
    }
    i2cTimeout=TimeoutPeriod;
    /*检测 EV7 事件并清除标志*/
    while (!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED))
    {

      if ((i2cTimeout--) == 0) return ;

    }

    /*通过 I2C，从设备中读取一个字节的数据 */
    *pData=I2C_ReceiveData(I2Cx);

    pData++;

    bytesNum--;
  }

  /*使能应答，方便下一次 I2C 传输*/
  I2C_AcknowledgeConfig(I2Cx, ENABLE);
}

接下来我们看看将数据存储到本地SD卡的操作过程，数据保留2位小数，并且采用4舍5入处理。

//将数据写入到SD卡
void WriteDataToSDCard(void)
{
  //将数据写入SD卡
  saveData[0]=((int16_t)(tempProcessValue*100+0.5))/100.0;//温度测量值
  saveData[1]=((int16_t)(presProcessValue*100+0.5))/100.0;//压力测量值
  saveData[2]=((int16_t)(flowProcessValue1*100+0.5))/100.0;//流量计1的标况流量
  saveData[3]=flowTatolVolume1;//流量计1的工况累计流量
  saveData[4]=flowStdTatolVolume1;//流量计1的标况累计流量
  saveData[5]=((int16_t)(flowProcessValue2*100+0.5))/100.0;//流量计2的标况流量
  saveData[6]=flowTatolVolume2;//流量计2的工况累计流量
  saveData[7]=flowStdTatolVolume2;//流量计2的标况累计流量
     

  saveDate[0]=systemYear;
  saveDate[1]=systemMonth;
  saveDate[2]=systemDate;
  saveDate[3]=systemHour;
  saveDate[4]=systemMinute;
  saveDate[5]=systemSecond;    

  SDCardFileOperation();
}

4、结果展示

我们在OneNET上创建了一个产品，6台设备，以及4个应用，来验证方案的效果，在测试过程中我们使用了Wifi方式来进行此次测试，因为这也是我们正是产品主要使用的连网方式。我们看一看数据上传的趋势图：

 

接下来我们看看显示位置及温湿度的应用截图：

 

我们再来看看显示大气压、温度和湿度的截图：

 

我们再来看看气体流量及柱状图显示：

 

至此，我们的测试项目完成，再次感谢电子发烧友和中国移动OneNET给我们带来的完美体验。