自制空气检测仪

题外话

受今年的疫情影响，才闲下来有点空搞点小东西玩玩，有些年头没有去接触硬件了，这次重新做点小东西，给自己回忆回忆，同时也能体现一下动手的乐趣。

制作前的准备

制作需要的材料

这个小的空气检测仪使用的材料分为4部分也就是主控、传感器还有显示器件，以及部分元器件：

1. 主控 ：Arduino nano （ATmega 328P）；
2. 元器件 150欧姆的电阻；
3. 元器件 220uF的电容；
4. 传感器 BME280 温湿度气压传感器；
5. 传感器 GP2Y1014AU粉尘传感器模块（PM8）；
6. 显示器件 LCD12864 液晶屏（中文字库带背光，串/并口）；

主控的选择是基于本项目所需要的性能，BME280是通过I2C协议传输数据的，GP2Y1014AU传感器是模拟量，需要使用单片机的AD（模数转换器）来采集数据。屏幕是单片机通过SPI协议进行驱动的，其实也可以使用4/8口的并口来通信，不过在I/O口不是很充足的情况下，SPI也是很好的选择。

硬件接线

屏幕

LCD12864	引脚
VDD	VCC(5V)
VSS	GND
BLK	GND
BLA	VCC(5V)
PSB	GND
RS	D8
R/W	D9
E	D3

如图就是SPI的接法，比较推荐，比较节约I/O资源。图中D/I是RS，CS1是PSB。
值得一提的是PSB是用来做串/并模式选择的，我们采用的SPI串行通信，所以这里PSB接低电平（GND），RS是串行片选信号。

温湿度气压传感器

传感器端口	引脚
VCC	3.3V / 5V（看具体的模块说明）
GND	gnd
SCL	A5
SDA	A4

GP2Y1014AU粉尘传感器模块

https://blog.csdn.net/acktomas/article/details/88350817

这位作者的讲解比较详细，我就不作赘述。简单的说一下接线吧。

传感器端口	引脚
V-LED	VCC(5V)
LED-GND	GND
LED	D13
S-GND	GND
V0	A0
VCC	VCC(5V)

https://blog.csdn.net/acktomas/article/details/88350817

程序驱动

LCD12864 显示驱动

使用LCD12864RSPI的库，用来驱动。

#include <LCD12864RSPI.h>

void setup() 
{
	LCDA.Initialise();         // 屏幕初始化
}

void LcdDisplay()
{
	LCDA.CLEAR();
	LCDA.DisplayString(0,0,show1,AR_SIZE(show1)); 			//0行0列开始显示
	LCDA.DisplayString(0,3,AirQulity,strlen(AirQulity));	//0行3列开始显示
}

温湿度气压 GY-BME 280

简单一些的话，可以考虑使用Adafruit_BME280的库，这个库相当好用。但是，因为和中断有冲突，所以方法不可以直接写在中断定时器里，程序会直接跑飞。

#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

void setup() 
{
	bme.begin();  
}

void get_BME_Value()
{
  int tempratureValue = (int)(bme.readTemperature()*100);
  int humidityValue = (int)(bme.readHumidity()*100);
  int pressureValue = (int)(bme.readPressure()/100.0F);
  //TODO 写对这些数据的格式化
}

GP2Y1014AU粉尘传感器模块（PM8）

这个需要使用Arduino NANO的AD（模数转换器）来采集数据，采集到数据后通过公式（公式需要进行一定的校准）。大体是基于官方的一张图。

V0产生有效电压的前提是，在第一个脉冲信号0.28ms后，待电平稳定后进行采集。

/**********************************************/
// SHARP　1014　空气传感器（０.８）
//入口函数 无
//出口函   无
/***********************************************/
void get_AirQulity()
{
  digitalWrite(ledPower, LOW);
  delayMicroseconds(delayTime);
  dustVal = analogRead(dustPin);
  delayMicroseconds(delayTime2);
  digitalWrite(ledPower, HIGH);
  delayMicroseconds(offTime);
  
  if (dustVal > 36.455)
  {
    result = (int)((float(dustVal / 1024) * 737.7) - 16.4); //个人总结
  } 

  memset(AirQulity, 0, sizeof(AirQulity));
  sprintf(AirQulity,"%d",result);
  strcat(AirQulity," ug/m3");
  strcat(AirQulity,'\0');
}

系统结构

在设计这个小系统的时候，我秉持在主循环尽可能少放方法，多使用定时器去驱动事件的运行，一方面是将方法都放在主循环中无法保证实时性，主要原因是有些方法使用**Delay()**做延时，浪费性能且阻塞进程。
Arduino Nano和Arduino UNO一致，使用MsTimer2库来开启TIME2的中端定时器。

#include <MsTimer2.h>

void setup() 
{
  MsTimer2::set(1000, LcdDisplay); 		// 1000ms 触发 LcdDisplay()
  MsTimer2::start();         			//定时2
}

void loop()
{
  get_BME_Value(); 
  delay(100);
}

总结

一个简单的小产品，希望可以带更多的人，学习嵌入式，了解软硬件间的联系。设计或许还有一些不合理的，有些做法和说明不对的地方，请留言指正。代码整理后，上传CSDN。