基于STM32及Wi-Fi模块的室内空气质量监测系统

文/刘玉媛 何经伟

近年来，在第四次工业革命的背景下，人类生产力在良性耦合协同机制下，我国工业化、城镇化进程不断推进，随之带来前所未有环境问题。室内外控制质量的降低，PM2.5、甲醛等有害物质的升高，使现代人不得不对空气质量监控技术加以重视。

1 室内空气质量监测系统的结构框架

系统主要包括ARM 微处理器、Wi-Fi 信号传输模块、采样模块以及TFT 液晶彩色显示模块。系统采用意法半导体公司STM32 为基本信息处理器，STM32 系列最大化工作频数高达72M 赫兹，可实现较高速度的智能计算。ARM（Advanced RISC Machines）微控制器是全系统的核心部位，对系统整体运作流程形成中央控制作用。采样模块通过接受STM32 微处理器发出的信号，进行相关数据收集，并通过反馈给处理器进行深度处理。进而实现：

（1）TFT 彩色液晶显示器的显示功能。

（2）由Wi-Fi 网络将信息传送至客户计算机终端软件。

（3）系统根据预先设置完毕的程序，进行规格统一的全自动警示。

2 室内空气质量监测系统设计

采样收集模块汇聚灰尘传感系统、温度传感系统与甲醛传感系统于一体，由不同传感系统收集的信息收集工作，将其转化为具体电信号传送至STM32。系统利用AM 高端复合型传感系统，与高性能八位单片机紧密连接。由此可见，AM 复合型传感系统具备快速相应、稳定性、可操作性、可靠性极强的抗干扰优势。小型甲醛传感系统具有较高的择优性和稳定性，可进行准确的温度差值补偿。激光传感系统作为检测工作基本原件利用电元件再次将光源信息转变为电子信息。综上所述，该传感系统反馈时间短、覆及面广、计算效率高，且受温度、湿度等外部环境因素影响较低，多重

2.1 数据采样收集模块

表1：实测值和系统检测值对比表格

传感系统所收集的数据可通过STM32 发送至中央控制区域。

2.2 中央控制模块

中央控制模块是整个室内空气质量监测系统的核心部位，内置Wi-Fi 模块、无限模块、TFT 彩色液晶显示模块以及报警器。由无限模块收取来自数据采样收集模块发出的信息，利用STM32 对数据进行分析、处理。

（1）STM32 将温度、湿度数据进行有效合并，获得准确温度、湿度信息。

（2）甲醛传感系统与PM2.5 传感系统的传送数据具有标准格式，通过分析与对比提取有效信息。

一方面，根据人体正常体温数值，当室内环境温度为28 摄氏度时，人体热度得以平衡，且为最舒适温度。另一方面，根据人体湿度适应值，参照《国际空气环境质量指标》、《国际室内甲醛卫生标准》，若系统检测出空气中PM2.5 颗粒物和甲醛超标，则会通过显示器、报警器以及移动终端软件消息推送的方式，将问题告知于使用者。

2.3 数据信息传输模块

本室内空气质量监测系统选用高速、低耗、低成本的2.4G 赫兹无线收发芯片。此芯片汇集双向通信链路层，需要较大的RAM，系统融合了ESP 的Wi-Fi MCU 控制模块和Wi-Fi 通信芯片具有体积小、信号稳等优势。系统在收集、分析、处理数据的过程中，通过Wi-Fi 将数据送达外网服务器，移动终端设备或PC 端设备通过外网服务器接受相关信息，进而完成远程室内空气监控。

2.4 TFT现场显示模块

TFT 彩色液晶屏幕是室内空气质量监测系统重要显示设备，具备高亮度、高清晰、高速度等优势，通过STM32 的可用引脚，基本可以实现IO 资源的有效运用，并确保速度较高的刷新频率。系统中TFT 屏幕作为系统唯一的显示部位，通过共行信号线显示数据、传送数据。此外，在用户对系统进行待机设置后，TFT 显示模块可自动展开待机功能。

2.5 无限终端信息显示

TFT 液晶显示器受空间制约严重，用户只有在室内才可对室内环境进行检测。为提高用户对系统使用便捷度，构建无线终端信息显示功能。系统检测数据信息，通过Wi-Fi 无线网络传送至用户移动终端或PC 终端。同时，中央控制模块中Wi-Fi 利用服务器将数据信息传送到具体地点，进而完成对室内环境的远程监管。

3 室内空气质量监测系统检验分析

以某大学校园为实验场地，用温度计成品和该室内控制质量检测系统在校内差异地点展开同时间测量，得出数据如表1所示。分析数次数据，相同时间、不同室内环境温度和湿度存在差异，但相同时间、相同环境温度计测量结果与系统测量结果相近。小于等于2.5 微米的颗粒物相对室内较为稳定，活动场地由于人员过多导致数值略微上升。同时，男生宿舍靠近学校新寝室施工基地和操场，PM2.5 数值同时间段内远高于其他地点。在2019年1月装修完成的艺术楼内甲醛含量相对其他地点较高，但仍处于国家标准范围内。

4 结语

综上所述，基于STM32 及Wi-Fi 模块的室内空气质量监测系统可行性较高。通过对某学校校园多处室内环境空气温度、甲醛含量、2.5 微米的颗粒物的实时具体测量结果分析得出，此室内空气质量监测系统数据监测具有准确性高、稳定性可靠、速度传感快等特点，具有较高推广价值。