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摘 要

本文主要以STM32单片机为控制核心，通过软件和硬件相结合，对硬件设计对软件编程，最终得到一个完整的机载测量PM2.5浓度的系统。

论文首先介绍了PM2.5的概念和对人类、环境的影响，接着根据设计要求研究出本设计的设计方案，然后着重从硬件和软件方面阐述设计的主要内容，并对系统监测的数据做了相应的分析。

本文研究的是以四旋翼无人机为搭载平台的PM2.5监测系统，该系统通过无人机搭载粉尘传感器监测周围环境的PM2.5浓度，接着通过传输模块传输数据，地面站的电脑上位机实时接收数据，方便随时分析和研究。将我们所测得的PM2.5浓度数据与当日天气预报所提供的指数对比发现，我们所设计的系统已经可以实现监测浓度的基本功能。

关键词： STM32 PM2.5 四旋翼无人机 粉尘传感器

Design of environment monitoring system based on MCU

Abstract

This is mainly a STM32 as the core of control, and when combining software and hardware, through hardware designing, through software programming, obtained a system to measure PM 2.5 farmland using the full-fledged re-material as the final enemy.

The paper first examined the concept of PM 2.5 and its impact on humanity and the environment, and then studied the design plan of this design based on this design requirement, and then studied the main contents of the design in terms of hardware and software, and conducted an analysis of the systemic inspection data.

This is a four-rotor wing unmanned aerial vehicle equipped with a platform that is researching the PMP 2.5 measurement system. This system is equipped with an unmanned aerial vehicle and equipped with a dust sensor to measure the PMP 2.5 farmland of the surrounding environment and transmits the data to the air transmission module. The computer parent of the ground station can be analyzed and studied according to the time it is carried out.

Keywords：STM32;PM2.5;Four rotor UAV;Dust sensor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题的背景 1

1.2 研究意义 2

1.3 目前国内外发展形势 2

1.3.1 国外发展形势 2

1.3.2 国内发展形势 3

1.4 论文工作流程 3

第二章 系统的总体设计 5

2.1 单片机的选择 5

2.2 显示模块的选择 5

2.3 按键的选择 6

2.4 报警装置的选择 6

第三章 系统硬件设计 7

3.1 单片机最小系统 7

3.1.1 MCU模块设计 7

3.1.2 复位电路设计 8

3.1.3 时钟电路 9

3.1.4 电源电路设计 9

3.2 其他电路设计 9

3.2.1 粉尘传感器电路 9

3.2.2 LED灯电路 10

3.2.3 液晶显示设计电路 11

3.2.4 蜂鸣器驱动电路 11

3.2.5 按键电路 12

3.3 三大系统设计 12

3.3.1 无人机飞行系统设计 12

3.3.2 地面站控制系统 13

3.3.3 无线数据传输系统 13

第四章 系统软件设计 15

4.1 单片机系统程序流程 15

4.2 信号采集程序设计 17

4.3 蜂鸣器报警程序设计 18

4.4 液晶显示程序设计 18

4.5 QT界面设计 19

第五章 系统调试与测试 21

5.1 单片机系统的测试 21

5.2 系统控制结果分析 22

5.2.1 监测点的选择 23

5.2.2 PM2.5监测及数据记录 23

5.2.3 数据处理及分析 24

第六章 总结与展望 26

6.1 总结 26

6.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1 选题的背景

时代的变迁，带来的是环境污染的加剧，浓厚的雾霾对全国人民的身体健康和城市的发展前景造成了深远的影响。人们所熟知的雾霾，是由大量直径小于2.5微米的粉尘所聚集而起的，我们称之为PM2.5。PM2.5对人体的影响巨大，几乎无孔不入地侵入人体，从而对人体器官造成诸多伤害。PM2.5本身就会携带大量的病毒进入身体，造成心血管疾病等。一旦让这些细小的固体颗粒物进入人体血液之中，就会造成一些细胞的不可逆损伤甚至死亡，一步步威胁着人体的健康。

PM2.5在环境中能够长久存在，可长达30-70天左右，PM2.5微粒物质也可随着空气流飘行数千公里，对广泛的环境形成巨大的污染。这在一定程度上，加重了我国相关人员对于PM2.5浓度的检测与防控任务。很多时候我们采用的都是定点检测，不仅浪费了人力还降低了效率。所以，如果能够以机动性强的器件为载体，这样不仅减少大量的人力物力，还能大范围检测PM2.5浓度。无人机就出现在了人们的视野。

四旋翼无人机具有自由度高、强耦合的特点，是我们研究做载体的绝佳选择。它由四个电机控制，通过地面遥控可以调整无人机的高度和角度。四旋翼无人机最显著的特点就是成本低廉，但是它的机动性却不差，也因此受到了广泛关注。四旋翼无人机具有良好的隐蔽性和可靠性，而且可以无障碍的携带高清摄像头、监测器件等设备，在同一地点停留一段时间，将采集到的数据和画面传输回地面电脑上位机上，从而使得地面人员可以实时更新记录和分析PM2.5浓度数值，可谓发挥着巨大的作用。

因为科学技术相对发展缓慢，我们所研究的空气质量检测器只能检测仪器周围的PM2.5浓度，局限性使得数据无法更精确，往往还有需要监测的地区而人员却无法到达，这对我国空气质量检测的发展极其不利。因此对于我们而言，能够成功设计并研究出机载空气PM2.5监测系统，是非常有意义的。这个系统不仅能快速监测出空气中粗细颗粒物的分布情况，也能实时获得地面人员难以到达但需要测量监控的区域的PM2.5的浓度，对于人力和物力节省起到了关键性作用^[1]。

1.2 研究意义

随着现代科技和交通运输业的快速发展，空气质量已不如从前，环境恶化日益严重，大量工业污染气体和汽车尾气排放到大气中。在新鲜的空气环境下，人类可以在地球上生活很长一段时间；如果有一天，当空气污染严重，不再适合人类生存时，我们该怎么办？所以一个好的环境对我们的生存是必要的。

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