STM32项目之环境空气质量检测系统软件设计

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前言

去年闲着没事想做一个环境空气质量检测系统，硬件和3D外壳早就做好了，但是由于工作原因，一直没有抽出时间来写程序，只有一点点进行，最近终于有时间完善该项目了，本文主要分享关于该项目的软件设计思路介绍。

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硬件部分可参考我去年的设计：STM32项目之环境空气质量检测系统硬件设计

一、软件需求概述

• UI界面需求
  包含状态栏、两个主界面、一个设置界面：
  状态栏：显示时间（精确到分）、WIFI链接状态、SD卡插入状态、电池电量等。
  主界面1：显示温湿度、TVOC、CH2O、CO2等。
  主界面2：显示年月日、星期、时间（精确到秒）。
  设置界面：时间、日期、背光、静音开关、wifi开关、字库更新等设置内容。

• 功能需求
  按键与UI交互功能；
  温湿度实时监测功能；
  空气质量实时监测功能；
  实时时间功能；
  WIFI云平台连接，远程查看数据功能；
  视觉、听觉报警功能；

二、需求实现思路

1.软件开发工具准备

STM32CubeMx、Keil5、STLINKV2、示波器/逻辑分析仪、串口调试助手等；

2.温湿度实时监测功能

设计思路：温湿度模块使用的是SHT20，需要准备SHT20的驱动程序，网上关于SHT20的驱动程序一搜一大把，随便找一个根据自己的硬件设计修改对应引脚即可。
数据处理：温湿度数据采集后需要根据实际情况进行滤波设计、由于正常情况下环境温湿度不会变化不特别快，所以温度读取的间隔时间可以拉长，最终结合滤波得出一个稳定的温湿度值；这里我使用采用均值滤波方式。
数据校准：可根据现有的温湿度计进行校准。

3.空气质量实时监测功能（目前硬件没有买该模块，暂未实现）

设计思路：空气质量检测使用的事SGP30模块，该模块可以采集TVOC、CH2O、CO2等数据非常适合我的需求，网上也有SGP30的驱动程序可以参考。
数据处理：SGP30采集的数据也需要进行滤波。
数据校准：根据现有的气体质量测量计进行校准。

4.实时时间功能

设计思路：使用单片机内部自带的RTC，虽然精确度不高，但是完全够用，驱动就不细说了，自己去网上找一个。
数据校准：可根据网络时间校准或者手动设置时间校准。

5.视觉、听觉报警功能

设计思路：视觉为显示提示、听觉为声音提示，需完成LCD驱动、蜂鸣器驱动。

6.WIFI云平台连接，远程查看数据功能（待完成）

设计思路：把ESP8266当成副单片机使用，而不是当成WIFI模块，ESP8266完成单独的程序与云平台对接，然后ESP8266通过串口与主STM32单片机进行通信，完成主单片机采集的数据传输到ESP8266再上传到平台，这样做可控制功耗。

7.按键与UI交互功能

设计思路：上下按键切换主界面1、主界面2，在主界面可按确认按键进入设置界面、在设置界面可通过上下、确认、返回按键进行对应设置操作，设置界面通过返回按键返回主界面。

总结

根据需求实现功能，无需重复造轮子，适当的可以做一下搬运工，学会借鉴驱动程序，但功能程序需要自己完成，按照以上设计思路就能完成该项目，当然本文只适合有点基础的同学。

功能演示视频

目前项目还未全部完成，只演示部分功能：

主界面演示

设置界面背光设置演示

设置界面时间日期设置演示

使用SD卡进行字库更新演示