一种基于STM32单片机的家居环境质量监测装置的制作方法

本实用新型涉及环境质量监测领域，具体涉及一种个性化、可在线查看的的家居环境质量监测装置。

背景技术：

目前，市场上的家居环境质量监测设备功能齐全的大多为就地显示型，而能够随时查看的检测仪普遍功能较少，只能测量一、两种参数，且无法进行组网。用户不能选择自己所想要测量的参数，如果用户想要测量某参数，则必须购买该仪器附带的所有传感器模块，传感器价格高昂，这在一定程度上造成了极大的浪费。

因此，如何提供一种低成本、可随时随地查看的家居环境质量监测设备，就成了值得解决的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种具有个性化、低成本、可在线查看等优点的基于STM32单片机的家居环境质量监测装置，并通过以下技术方案实现。

本实用新型提供一种基于STM32单片机的家居环境质量监测装置，包括 STM32F103单片机、环境质量测量模块以及Wi-Fi模块；所述各环境质量测量模块分别与所述STM32F103单片机通过IO口连接，所述STM32F103单片机与所述Wi-Fi模块通过IO口连接。根据使用需要在Wi-Fi模块中预设AT指令，然后通过HTTP协议将测量数据上传至中国移动的OneNet物联网平台，通过物联网平台提供的APIKey和设备编码可实现本实用新型设备与物联网平台上设定查看浓度值的产品进行连接。

所述各环境质量测量模块能够将测量数据通过串口协议传输至所述 STM32F103单片机；所述STM32F103单片机能够响应并处理接收到的测量数据并将处理后的数据通过串口协议传输至所述Wi-Fi模块；所述Wi-Fi模块能够通过相应接收到的处理后的数据并通过HTTP协议上传至中国移动OneNet 物联网平台。

所述环境质量测量模块包括二氧化碳及TVOC气体采集模块和/或PM2.5 传感器和/或温湿度传感器和/或甲醛传感器和/或苯传感器和/或氨气检测模块。本装置具有个性化的特征，提供多种测量模块及接口，用户可根据需要选用一种或多种测量模块。

所述二氧化碳及TVOC气体采集模块为CCS811传感器，所述PM2.5传感器为攀藤PMS5003S颗粒物传感器，所述温湿度传感器为SHT20数字温湿度传感器，所述甲醛传感器为攀藤数字甲醛传感器，所述苯传感器为MQ137型气体传感器，所述Wi-Fi模块为乐鑫ESP8266芯片。所述CCS811传感器为 TVOC气体采集模块和等效二氧化碳采集模块，该传感器内集成了8位MCU，无需算法将电压值转换为实际浓度值，仅需通过串口协议与单片机进行通信，便可得到实际浓度值。所述攀藤PMS5003S颗粒物传感器通过串口协议与单片机进行通信，单片机即可得到实际PM2.5浓度值。所述SHT20数字温湿度传感器通过串口协议与单片机进行通信，即可得到实际温度值和湿度值。所述攀藤甲醛传感器通过串口协议与单片机进行通信，单片机即可得到实际甲醛浓度值。所述MQ137型气体传感器输出为模拟电压，经AD转换后进入单片机，通过算法公式转换即可获得实际值。

所述CCS811传感器的第1引脚接电源+5V，第2引脚和第8引脚接GND，第3～5引脚分别接所述STM32F103单片机的第2～4引脚；所述攀藤PMS5003S 颗粒物传感器的第1引脚接电源+5V，第2引脚接GND，第3～6引脚分别接所述STM32F103单片机的第15、16、17、20引脚；所述SHT20数字温湿度传感器的第5引脚接电源+3.3V，第2引脚接GND，第7引脚接地，第1、6引脚分别接所述STM32F103单片机的第59、58引脚；所述攀藤数字甲醛传感器的第 1引脚接电源+5V，第2引脚接GND，第3、6、7引脚分别接所述STM32F103 单片机的第28、29、30引脚；所述MQ137型气体传感器的第1引脚接GND，第3引脚接所述STM32F103单片机的第24引脚，第4引脚接电源+5V；所述乐鑫ESP8266芯片的第1、8引脚分别接所述STM32F103单片机的第45、44 引脚，第2引脚接电源+3.3V，第4引脚串联1千欧的电阻后接所述STM32F103 单片机的第43引脚，第6引脚串联4.7千欧的电阻后连接电源+3.3V，第7引脚接GND。

本实用新型的的基于STM32单片机的家居环境质量监测装置还包括传感器识别电路，所述传感器识别电路的输入端设置有供所述各环境质量测量模块连接的接口，所述传感器识别电路的输出端与所述STM32F103单片机通过IO 口连接。

所述传感器识别电路包括8-3编码器74LS348芯片和开关电路；所述 74LS348芯片的第0～7引脚分别连接有一个供所述各环境质量测量模块连接的接口，所述各接口分别连接有一个所述开关电路，所述74LS348芯片的第9、7、 6、15引脚分别接所述STM32F103单片机的第38、39、40、37引脚。在每个环境质量测量模块接口旁置一个按键，将选用的环境质量测量模块接入后，按下按键，单片机通过传感器识别电路输出的值判断哪些测量模块已被接入，能够被开始测量。

所述开关电路包括滤波电阻、滤波电容以及按键开关；所述滤波电阻的一端连接电源+3.3V，滤波电阻的另一端同时连接所述滤波电容的一端、所述按键开关的一端以及一个所述接口，所述滤波电容的另一端以及所述按键开关的另一端均接地。

优选的，本实用新型的基于STM32单片机的家居环境质量监测装置还包括一氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器经AD转换后与所述 STM32F103单片机通过IO口连接；所述一氧化碳气体传感器包括加热模块、设置于所述加热模块上方的Si基底、形成于所述Si基底上的氧化硅薄膜、设置于所述氧化硅薄膜上的W膜、形成于所述W膜上的WO3纳米线薄膜、覆盖于所述WO3纳米线薄膜上的SnO2纳米薄膜、以及设置于所述SnO2纳米薄膜上的两个Pt电极。

进一步优选的，所述氧化硅薄膜的厚度为400～500nm，所述W膜的厚度为200～250nm，所述WO3纳米线的长度为1000～1500nm。

以上串口协议、HTTP协议、AT指令、APIKey、设备编码和算法公式均为现有技术，本领域普通技术人员根据本实用新型公开的内容结合现有技术即可实现上述技术方案。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、个性化——用户能够自己需要，选择本装置提供的任意传感器测量模块方便地进行安装，实现个性化测量，减少不必要的成本；

2、分布式——能够根据需要将测量模块放置在厨房、卧室、客厅等位置进行测量并组网添加至物联网平台，物联网平台具有成本低、操作简单的优点，只要家里有路由器或者购买物联网卡(SIM卡)即可满足硬件要求，用户直接在物联网平台界面添加设备即可完成组网工作；

3、方便性——利用Wi-Fi模块通过HTTP协议将测量数据上传至物联网平台，用户可随时随地在电脑网页、手机APP上查看室内任意房间且任意时刻的空气质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的电路图；

图2为本实用新型实施例二中一氧化碳传感器的结构示意图；

图中标记：1-加热模块；2-Si基底；3-氧化硅薄膜；4-W膜；5-WO3纳米线薄膜；6-SnO2纳米薄膜；7-Pt电极。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和实施例做具体说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的基于STM32单片机的家居环境质量监测装置包括STM32F103单片机、环境质量测量模块、传感器识别电路以及Wi-Fi模块；所述各环境质量测量模块分别与所述STM32F103单片机通过IO口连接，所述 STM32F103单片机与所述Wi-Fi模块通过IO口连接。所述传感器识别电路的输入端设置有供所述各环境质量测量模块连接的接口，所述传感器识别电路的输出端与所述STM32F103单片机通过IO口连接。在每个环境质量测量模块接口旁置一个按键，将选用的环境质量测量模块接入后，按下按键，STM32F103 单片机通过传感器识别电路输出的值判断哪些测量模块已被接入，能够被开始测量。

所述各环境质量测量模块能够将测量数据通过串口协议传输至所述 STM32F103单片机；所述STM32F103单片机能够响应并处理接收到的测量数据并将处理后的数据通过串口协议传输至所述Wi-Fi模块；所述Wi-Fi模块能够通过相应接收到的处理后的数据并通过HTTP协议上传至中国移动OneNet 物联网平台。根据使用需要在Wi-Fi模块中预设AT指令，然后通过HTTP协议将测量数据上传至中国移动的OneNet物联网平台，通过物联网平台提供的 APIKey和设备编码可实现本实用新型设备与物联网平台上设定查看浓度值的产品进行连接。

所述环境质量测量模块包括二氧化碳及TVOC气体采集模块、PM2.5传感器、温湿度传感器、甲醛传感器、以及苯传感器。本装置具有个性化的特征，提供多种测量模块及接口，用户可根据需要选用一种或多种测量模块。所述二氧化碳及TVOC气体采集模块为CCS811传感器，所述PM2.5传感器为攀藤 PMS5003S颗粒物传感器，所述温湿度传感器为SHT20数字温湿度传感器，所述甲醛传感器为攀藤数字甲醛传感器，所述苯传感器为MQ137型气体传感器，所述Wi-Fi模块为乐鑫ESP8266芯片。所述传感器识别电路包括8-3编码器 74LS348芯片和开关电路。

所述CCS811传感器的第1引脚接电源+5V，第2引脚和第8引脚接GND，第3～5引脚分别接所述STM32F103单片机的第2～4引脚；所述攀藤PMS5003S 颗粒物传感器的第1引脚接电源+5V，第2引脚接GND，第3～6引脚分别接所述STM32F103单片机的第15、16、17、20引脚；所述SHT20数字温湿度传感器的第5引脚接电源+3.3V，第2引脚接GND，第7引脚接地，第1、6引脚分别接所述STM32F103单片机的第59、58引脚；所述攀藤数字甲醛传感器的第 1引脚接电源+5V，第2引脚接GND，第3、6、7引脚分别接所述STM32F103 单片机的第28、29、30引脚；所述MQ137型气体传感器的第1引脚接GND，第3引脚接所述STM32F103单片机的第24引脚，第4引脚接电源+5V；所述乐鑫ESP8266芯片的第1、8引脚分别接所述STM32F103单片机的第45、44 引脚，第2引脚接电源+3.3V，第4引脚串联1千欧的电阻后接所述STM32F103 单片机的第43引脚，第6引脚串联4.7千欧的电阻后连接电源+3.3V，第7引脚接GND。所述74LS348芯片的第0～7引脚分别连接有一个供所述各环境质量测量模块连接的接口，所述各接口分别连接有一个所述开关电路，所述 74LS348芯片的第9、7、6、15引脚分别接所述STM32F103单片机的第38、 39、40、37引脚。所述开关电路包括滤波电阻、滤波电容以及按键开关；所述滤波电阻的一端连接电源+3.3V，滤波电阻的另一端同时连接所述滤波电容的一端、所述按键开关的一端以及一个所述接口，所述滤波电容的另一端以及所述按键开关的另一端均接地。

以上串口协议、HTTP协议、AT指令、APIKey、设备编码和算法公式均为现有技术，本领域普通技术人员根据本实用新型公开的内容结合现有技术即可实现上述技术方案。

以下为CCS811传感器与STM32F103单片机通信协议选段：

实施例二：

本实施例与实施例一的不同在于，本实施例的基于STM32单片机的家居环境质量监测装置还包括一氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器经 AD转换后与所述STM32F103单片机通过IO口连接。所述一氧化碳气体传感器包括加热模块1、设置于所述加热模块上方的Si基底2、形成于所述Si基底上的氧化硅薄膜3、设置于所述氧化硅薄膜上的W膜4、形成于所述W膜上的 WO3纳米线薄膜5、覆盖于所述WO3纳米线薄膜5上的SnO2纳米薄膜6、以及设置于所述SnO2纳米薄膜上的两个Pt电极7。

所述氧化硅薄膜3的厚度为400～500nm，所述W膜4的厚度为200～250nm，所述WO3纳米线的长度为1000～1500nm。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。