基于WiFi的空气质量检测系统

张燕

摘 要：当前的环境质量越来越差，空气质量已成为人们关注的焦点，而官网提供的是大范围区域型数据，针对现有的空气质量检测仪无法满足对空气质量多点实时监测的缺陷，为此，文中设计了一种通过WiFi无线传输的空气质量监测系统，该系统可以实现对当前PM2.5、温度、湿度的检测，并通过WiFi实现数据传输，提供物联网数据监测服务，非常适合家居、商场、酒店等场所进行空气质量实时检测。

关键词：PM2.5；温度；湿度；数据传输；物联网

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

近年来，我国大多数城市出现了严重的雾霾天气，环境的空气质量问题越来越成为人们关注的焦点。导致雾霾天气的罪魁祸首就是PM2.5。PM2.5即细颗粒物，是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。由于PM2.5能通过肺泡直接进入循环系统，其可影响人的心血管、呼吸、神经系统等，导致血压升高，动脉硬化，心律不齐等症状，所以对所处环境的PM2.5进行检测是非常有必要的。

当前的空气质量检测仪主要是对环境的PM2.5、温度、湿度进行单点检测，且官网数据也是大范围的区域性数据，无法满足对空气质量进行多点实时监测及历史数据分析的要求。并且传统的有线传输布线复杂，受环境限制大，成本高，针对这些问题，本文提出了一种基于WiFi传输的数据服务型空气质量检测系统，实现对环境PM2.5、温度、湿度的检测，并可以上传数据到物联网平台进行实时分析与历史数据统计功能，具有很大的市场潜力。

1 系统总体设计

本系统由空气质量检测仪和物联网平台组成，以STM8S105K4单片机作为信号采集和数据处理的控制中心，并通过高精度的激光PM2.5传感器采集空气PM2.5含量，DHT11采集环境温湿度信息，经过单片机处理后在1602液晶上显示当前环境的PM2.5含量以及温湿度信息，并通过WiFi模块连接路由器后将数据上传到物联网平台进行实时监测和记录，系统设计框图如图1所示。

2 硬件设计

为了实现对环境PM2.5浓度和温湿度的检测和显示，系统的硬件设计主要包括单片机控制模块，温湿度采集模块，PM2.5采集模块，液晶显示模块，WiFi数据传输模块。

2.1 单片机控制核心

为了提高系统的稳定性，尽可能的减少硬件成本，本系统选用STM8S105K4单片机作为控制核心，该系列芯片具有16 K字节的Flash程序存储器，并且有7个A/D转换通道，12个I/O口，工作电压为5 V，拥有广泛的适应性。在系统设计中，主要用到了单片机的A/D转换，中断I/O口，通信接口和SWIM接口对存储器进行在线编程调试。

2.2 空气质量检测模块

在本系统中，空气质量的精确采集判断非常重要，采用高精度激光PM2.5检测传感器，该传感器一致性好，精度高，且有一个很大的优势，传感器输出的数据是和官方单位一致的μg/m?浓度。该传感器采用激光检测原理，由专用的激光模块产生一束特定的激光，当颗粒物经过时，其信号会被超高灵敏的数字电路模块检测到，通过对信号数据进行智能识别分析得到颗粒计数和颗粒大小，并根据专业的标定计数得到粒径分布与质量浓度转换公式，最终得到跟官方单位同样的质量浓度。该传感器可以分辨最小直径达0.3 μm的颗粒，量程为0～999.9 μg/m?，工作电压为5 V，工作电流为100 mA，且如果环境改变，响应时间小于10 s。由于可以直接得到颗粒的浓度，因此大大简化了硬件电路的设计，并且精度高、工作稳定、一致性好，性能非常优异。

PM2.5计算公式为：

PM2.5（μg/m?）= （（PM2.5 高字节×256） + PM2.5 低字节）/10

2.3 温湿度检测模块

为了保证检测仪工作的可靠性和稳定性，在系统中选用DHT11数字温湿度传感器来检测环境的温度和湿度，DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，其湿度精度为±5%RH，温度±2℃，量程湿度20～90%RH，温度0～50℃。其体积小、功耗低、响应快、抗干扰能力强，可以应用到苛刻的环境中。

2.4 WiFi数据传输模块

为了实现对环境的多点监测和数据分析查询，在系统中通过WiFi无线传输来实现数据传输，将采集到的环境数据上传到物联网平台。在本设计中，WiFi模块采用的是以ESP8266为核心的一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，该模块硬件接口丰富，可以实现PWM调控，串口透传和GPIO控制功能，且支持STA、AP、STA+AP三种工作模式，可以实现串口CH340转WiFi，工业透传DTU，WiFi远程监控/控制，消防、安防智能一体化管理等，被广泛应用于物联网场合。

3 软件设计

系统软件主要实现的功能是将采集到的温湿度信息和空气指数信息进行分析，通过液晶显示当前的环境信息，并将环境信息上传到物联网平台。

系统初始化后，单片机将采集到的PM2.5浓度信息和温湿度信息发送到单片机进行分析处理， 如果环境没有改变则直接控制液晶显示当前的环境信息，如果环境改变了则重新进行采集处理，最后将环境信息上传到物联网平台，程序流程图如图2所示。

4 结 语

本文以空气质量的多点监测和数据分析为研究对象，从硬件设计和软件设计两方面详细的分析了一种基于WiFi无线传输的多点式空气质量监测系统。在设计中，为了保证对空气质量的高精度检测和智能化实现，采用激光空气质量检测传感器并结合DHT11数字式温湿度传感器，不仅实现了对环境空气质量和温湿度信息的采集和显示，还通过无线传输的方式将数据上传到物联网平台，实现了数据的实时监测和数据的保存分析。通过检测仪的大面积覆盖，可以实现由点到面的覆盖，除了官网的区域性数据外，还给大众提供了多样化的环境监测样本，促进了环境数据的透明化，让大众更好地知悉环境，健康生活。

参考文献

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