Harmful gas detection based on STM32

基于STM32的有害气体检测仪
    设计制作了一款基于STM32的有害气体检测仪，DHT11温湿度传感器读取环境温湿度，SGP30读取环境甲醛值与二氧化碳浓度值，由STM32获取并处理数据并在OLED进行显示，实现数据可视化。
1.DHT11温度传感器
        DHT11 是一款温湿度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11 与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个 I/O 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。
        DHT11传感器模块连接简易，除去供电引脚，传感器只通过一个IO口即可与单片机实现数据交互。
        DHT11传感器模块如图1所示。
图1 DHT11传感器模块
2.SGP30气体传感器
       SGP30是一款单一芯片上具有多个传感元件的金属氧化物室内气体传感器，内部集成4个气体传感元件，具有完全校准的空气质量输出信号，主要是对空气质量进行检测,输出的数据为环境中的二氧化碳浓度以及甲醛浓度。
       SGP30的传感（MEMS）部分基于金属氧化物（MOx）纳米颗粒的加热膜。气敏材料——金属氧化物颗粒上吸附的氧气与目标气体发生反应，从而释放出电子。这导致由传感器测量的金属氧化物层的电阻发生改变。简而言之，还原性气体的出现造成气敏材料表面氧浓度降低，改变了半导体的电阻（或电导率）。后续通过电路（ASIC）部分对电阻进行检测、信号处理与转换等，最终获取到气体值。
       SGP30与单片机之间通过IIC协议进行数据交互，使用方便且数据传输较快。传感器在获取气体数据时首先进行初始化操作，紧接着开始获取数据，先获取二氧化碳浓度值的高8位数据，在获取低八位数据，接下来获取一个数据校验值来进行检验数据获取的正确性；接下来同理先获取TVOC的高8位数据与低8位数据。数据获取完成后对数据进行一个整合操作，从而得到环境中甲醛浓度值与二氧化碳浓度值。
       STM32单片机与SGP30传感器的连接方式如图2所示。
图2 STM32与SGP30的连接方式
3.数据可视化
       本作品使用OLED显示屏将传感器获取到的数据进行显示。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低功耗、极高反应速度、可用于绕曲性面板、使用温度范围广、构造及制程简单等有点，被认为是下一代的平面显示屏新兴应用技术。OLED显示和传统的LCD显示不同，其可以自发光，所以不需要背光灯，这使得OLED显示屏相对于LCD显示屏尺寸更薄，同时显示效果更优。
        OLED屏幕自上而下依次显示环境温度、环境湿度、环境中二氧化碳浓度与甲醛浓度值，如图3所示。
图3 数据显示与交互
4.作品设计的意义与未来展望
       随着人们生活水平的不断提高，越来越多的人住进了新房子。但是装修后房子内的甲醛总是让人们担惊受怕，设计该作品可以对新房中的甲醛浓度等环境参数进行获取，从而判断是否达到住宿的条件。今后可以对该项目进行改进与产品迭代，使用户可以获取更多的环境参数值并进行联网操作，实现智能家居，极大地便利人们的生产生活。