基干CAN总线PM2.5检测系统.docVIP

基于CAN总线的PM2.5检测系统 　　摘 要：随着人们对空气中PM2.5等污染元素的日益关注，空气质量的好坏已经成为人们生活质量的衡量标准。为了满足用户对PM2.5检测的功能需求，提出了一种基于STM32和CAN总线协议的PM2.5检测系统，该系统通过CAN总线实现数据在各系统中的实时高效传输。对整个系统精度进行试验验证，将PM2.5测量结果与现有测量产品进行对比，实验结果表明，该系统精度高、性能稳定，能快速高效地让用户知晓空气质量，可以应用于家居和工厂等领域 关键词关键词：PM2.5；STM32；CAN总线 DOIDOI：10.11907/rjdk.162065 中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号文章编号2016）011011803 0 引言 近几年，空气质量问题越来越受到人们的关注。基于STM32的空气检测仪具有高效、便捷、实时检测等优点，能够实时对环境质量进行监控并报警PM2.5的值，将CAN总线应用于智能家居或者工厂能够有效地体现出这些优势 本文设计了基于STM32和CAN总线的PM2.5检测系统，通过液晶显示屏来显示监测到的PM2.5值，可以高效地反映实时空气质量[3] 1 系统总体设计 PM2.5监测系统主要由PM2.5浓度测量模块、液晶显示模块、CAN通信模块组成，其主控电路由STM32F103C8T8和其外围电路组成。PM2.5测量模块采用夏普一代PM2.5检测传感器，它将采集到的模拟信号传输给主控芯片，主控芯片经过AD转换获得PM2.5的值，再经过主控芯片相关处理后通过CAN通信模块传输至CAN网络，与此同时，若未接收来自CAN网络的PM2.5信号，则通过液晶显示模块显示接收到的来自CAN网络的值，反之，则显示其自身PM2.5传感器检测到的PM2.5值。系统整体结构如图1所示[5] 2 硬件设计 2.1 STM32F103C8T8微处理器 STM32F103C8T8是一个32位的微处理器，采用ARMv7的Cortex-M3内核，其时钟频率高达72MHz，使用3.3V供电，具有丰富的外设，内置有CAN控制器，本次设计的PM2.5监测系统需要设计一个CAN节点，CAN控制器内置，只需要外接一个CAN收发器即可，简化了系统实现过程[5] BxCAN（Basic Extended CAN）是STM32内置的CAN控制器，它支持CAN协议2.0A和2.0B，bxCAN接口，可以自动地接收和发送CAN报文，支持标准标识符和扩展标识符[1]。具有3个发送邮箱，发送报文的优先级可以使用软件配置，可以记录发送的时间。有两个3级深度的接收FIFO，可以使用过滤发送只接收或不接收某些ID的报文[2] 2.2 PM2.5传感器 本系统采用夏普的GP2Y1010AU0F。PM2.5传感器的原理：PM2.5传感器中存在一个发光二极管，当灰尘通过传感器时二极管射出的光就会折射回来，通过检测折射的光线来检测PM2.5的浓度[7] GP2Y1010AU0F优点是体积较小、功耗低而且可以检测非常细小的颗粒，同时该传感器检测时间较短，尘埃被检测到只需一个脉冲的时间，且还能区分烟和尘埃的区别[4] 2.3 液晶显示器 液晶显示屏选用的是Nokia5110，该屏具有易于使用、功耗低、价格便宜等优点 2.4 CAN外围收发器电路 TJA1050是Philips公司推出的总线收发器，应用在通信速率为60kbps～1Mbps的高速自动化系统中。TJA1050是CAN控制器和物理总线之间的接口，可以为CAN控制器提供不同的发送/接收功能，输入电平与3.3V以及5V的器件兼容，至少可以连接110个节点。它有两种工作模式，当STB接地时，TJA1050进入高速模式，如果接的是高电平，则进入待机模式，发送器被关闭，其电路原理如图2所示 其中，TXD端口和 RXD端口与STM32F103C8T8的PA12口和PA11口相连接。CANH 端口与CANH端口与物理总线相连接，之间接一个120Ω的终端电阻，从而组成一个CAN通信模块 3 软件设计 系统软件设计主要包括：初始化、PM2.5值的读取、PM2.5值的显示和CAN通信程序。其主体流程如图3所示 3.1 系统初始化 对整个系统进行初始化配置，它包括系统时钟、串口、AD、GP2Y1010AU0F、液晶初始化和CAN等的初始化配置[10]。其中在CAN模式的配置中需要配置工作时的波特率，在设计中只需配置采样点的位置即可，Tq=1，TBS1=5，TBS2=3，分频器BRP=8。在APB1频率为36MHz的条件下CAN通信的波特率=36 000/[（1+5+3）*