黄少辉 张国忠

摘 要：本文介绍了以单片机为核心，具有检测多参数、定位和通信的环境监测系统。该系统利用北斗导航模块定位授时，在单片机的组织协调下，通过PM2.5传感器，噪声传感器，温度传感器，湿度传感器等实现多功能环境检测，且具有显示、报警功能。

关键词：环境监测；北斗定位；数据采集；实时通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.121

1 引言

目前市面上有很多流通的环境监测仪，但很多的仪器不具备定位功能和功能扩展，且各种环境参数指标的监测也不能达到精确的要求。本文设计了一个可以利用北斗定位模块测量一个地区的温度，湿度，噪声和 PM2.5，且具有实时通信功能的环境监测系统。它可根据需要扩展功能。

2 硬件设计

本系统总体框架如图1所示，它基于北斗定位模块，以MCU为核心，配以显示模块，电源模块，通信模块和多传感器模块（噪声传感器，温度传感器，湿度传感器，PM2.5传感器）组成的系统。此系统可对定位区域实现高精度环境参数测量，并进行实时显示和通信。

本系统的主控芯片采用STM32F103 单片机，它拥有较快更新处理数据的速度，能够完成北斗导航芯片数据快速传输，显示屏的快速扫描。其中自带的异步串口 USART 可以对接导航芯片，同步串口 SPI 外设可用于控制显示模块的更快更新数值。采用可视角度大、功耗低的液晶屏作为显示模块。同时系统还设置了噪音预警系统，当检测的值超过了规定的值，显示会出现文字变化。

本系统设计选用DS18B20温度传感器。该传感器具有多场合应用、接线方便的特点，可以在多种场合进行封装应用，具体包括不锈钢、磁铁吸附，螺纹式和管道式封装。

技术性能描述：

（1）实现- 55～125 C的温度测量范围，测量误差不超过1摄氏度。

（2）可以实现多点组网，能够在三线并联多个DS18B20，并联数可达8个，可以对多个测点进行温度测量，但是测点过多会降低供电电压，从而影响信号的稳定传输。

湿度传感器使用 DHT11 传感器。该传感器是一款复合型的，具有数字信号输出功能的传感器，使用专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术，对产品的稳定性和可靠性具有极高保障。传感器包括NTC测温软件和电阻式感湿软件，同时连接一个性能极高的八位单片机，所以传感器具有性价比高、抗干扰、响应快、品质好的优势。

PM2.5模块我们选择ZPH01作为传感器。zph01借助PM2.5检测机制进行PM2.5的实际检测。借助粒子计数原理对PM2.5检测单元进行老化、调试和校准，可检测直径大于1μm的粉尘颗粒，出厂前已经实现了较高的灵敏度和一致性。输出信号为PWM，它可以被配置自定义IIC接口和UART数字串行接口。特点：灵敏度高，长期稳定性好，工厂校准校准，内置自动空气加热器。该产品外形小巧，重量轻，安装方便，维修方便。

作为音频集成功放，LM386功放具有失真小、外接元件少、电压范围大、可调整内链增益，功耗低的优点。噪声模块借助AD采集外界噪音大小，采集公式为：分贝=150*AD1/AD，从而算出分贝参数，然后通过调节变电器显示出噪音是否正常。

通信模块采用的是德国西门子公司西门子的TC35i，它是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。此模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。

采用ATGM332D-5N系列模块作为北斗定位模块，是12X16尺寸的高性能BDS/GNSS全星座定位导航模块系列的总称。作为一款具有实际意义的六合一导航定位芯片，AT6558有32个跟踪通道，能够有效接收六个导航信号，并且它还具有导航、联合定位和授时的功能。ATGM332D-5N模块具有成本低、功耗低和灵敏度高的特点，可以有效应用于手持定位、车辆导航、可穿戴设备等，并可直接更換[1]。

显示模块j12864可以对图形和汉字进行显示，包括64×256点阵显示，128个字符，8192个汉字。主要技术参数：VDD 3.3～+5V；显示颜色：黄绿/蓝屏；LCD类型：STN；显示内容：128列*64行；现实角度：6：00钟直视；与MCU接口：三位串行/四位或八位并行；配置LED背光。软件功能具体包括：睡眠模式、字符自定义、移动画面、显示光标等。

3 软件设计

系统的主程序流程图如图2所示。它时刻寻求北斗定位系统的支持，精确定位所在区域，准确测量各项环境参数，进行实时显示与通信。程序由系统初始化，复位模块和温度、湿度、PM2.5及噪声等数据采集模块组成。它具有显示、定位授时、预警和通信等功能。

4 应用

本系统经过实验室调试，各种环境的考验后，在3个地区进行了长达近半年的实运行，运行结果表明：本系统安全可靠，地理位置定位误差在允许范围内，环境检测精度较高，具有报警功能，可进行实时通信。为实时准确监测环境助了一臂之力。

参考文献：

[1]崔群，梁鉴如，光金正，高文建.基于北斗定位的多参数城市环境监测仪[J].科教导刊（中旬刊），2016（06）：56-57+64.

作者简介：黄少辉（1994-），男，福建泉州人，本科在读，研究方向：电气自动化控制技术。