現(xiàn)在人們對(duì)大氣環(huán)境及室內(nèi)環(huán)境都比較關(guān)注。PM2.5在生活中也是常見(jiàn)的詞匯。在有些產(chǎn)品中就要求檢測(cè)PM2.5的數(shù)值。檢測(cè)PM2.5的手段多種多樣，在要求不高時(shí)我們通常可以采用激光模塊。在這一篇中，我們將討論HLPM025K3 PM2.5傳感器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1、功能概述

??HLPM025K3傳感器采用激光散射原理。即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產(chǎn)生散射，同時(shí)在某一特定角度收集散射光，得到散射光強(qiáng)隨時(shí)間變化的曲線。通過(guò)穩(wěn)定的氣 體對(duì)流系統(tǒng)，使外界空氣均勻的通過(guò)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的風(fēng)路，同時(shí)在風(fēng)路中設(shè)有多個(gè)精密的光學(xué)傳感器，可以精確的獲得粒子的尺寸、速度和質(zhì)量等信息，加以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，繼而計(jì)算出總的粒子質(zhì)量，從而實(shí)時(shí)的得到空氣中所被關(guān)注的粒子的濃度，達(dá)到檢測(cè)PM2.5以及PM10的目的。其基本原理如下圖所示：

??HLPM025K3傳感器采用串行通訊，采用6腳通訊接口，其引腳定義如下圖所示：

??HLPM025K3傳感器采用TTL串行通訊，采用9600的波特率，8為數(shù)據(jù)位，1為停止位，無(wú)校驗(yàn)的方式。HLPM025K3傳感器通訊采取主動(dòng)發(fā)送模式，0.8到1.2秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)包含7個(gè)字節(jié)，具體格式如下：

??其中，校驗(yàn)位=PM2.5(H)+PM2.5(L)+PM10(H)+PM10(L)

??接收到的數(shù)據(jù)按公式計(jì)算后得到 PM2.5 和 PM10 的值。

??PM2.5 = （PM2.5(H)×256 + PM2.5(L)）×0.1；

??PM10 = （PM2.5(H)×256 + PM2.5(L)）×0.1；

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)了解了HLPM025K3型PM2.5傳感器的基本情況。在這一節(jié)中我們將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)HLPM025K3型PM2.5傳感器的驅(qū)動(dòng)。

2.1、對(duì)象定義

??在使用一個(gè)對(duì)象之前我們需要獲得一個(gè)對(duì)象。同樣的我們想要HLPM025K3 PM2.5傳感器就需要先定義HLPM025K3 PM2.5傳感器的對(duì)象。

2.1.1、對(duì)象的抽象

??我們要得到HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象，需要先分析其基本特性。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)對(duì)象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來(lái)我們就來(lái)從這兩個(gè)方面思考一下HLPM025K3 PM2.5傳感器的對(duì)象。

??先來(lái)考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識(shí)或記錄對(duì)象特征的東西。我們來(lái)考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象屬性。我們將測(cè)量數(shù)據(jù)作為對(duì)象的屬性，因?yàn)樗麄儽硎玖藢?duì)象當(dāng)前的狀態(tài)。

??接著我們還需要考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象的操作問(wèn)題。對(duì)象本身除了接受數(shù)據(jù)并沒(méi)有什么需要操作的。我們使用隊(duì)列來(lái)存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)，所以入隊(duì)出隊(duì)過(guò)程可看作是其操作。

??根據(jù)上述我們對(duì)HLPM025K3 PM2.5傳感器的分析，我們可以定義HLPM025K3 PM2.5傳感器的對(duì)象類型如下：

/*定義HLPM025K3對(duì)象類型*/
typedef struct HlpmObject {
	float pm25;		//PM2.5測(cè)量值
	float pm100;	//PM10測(cè)量值
	struct DwinRxBuffer{
		uint8_t queue[HLPMRxBufferLength];	//鍵值存儲(chǔ)隊(duì)列
		uint8_t pRead;									//讀隊(duì)列指針
		uint8_t pWrite;									//寫(xiě)隊(duì)列指針
		uint16_t (*DeQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t *rxBuf);	//出隊(duì)操作
		void (*EnQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t rData);				//入隊(duì)操作
	}rxBuffer;					//定義接收緩存隊(duì)列
}HlpmObjectType;

2.1.2、對(duì)象初始化

??我們知道，一個(gè)對(duì)象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對(duì)其進(jìn)行初始化，所以這里我們來(lái)考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象的初始化函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，初始化函數(shù)需要處理幾個(gè)方面的問(wèn)題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對(duì)象的屬性賦初值；三是對(duì)對(duì)象作必要的初始化配置。據(jù)此我們?cè)O(shè)計(jì)HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象的初始化函數(shù)如下：

/*HLPM對(duì)象初始化函數(shù)*/
void HlpmInitialization(HlpmObjectType *hlpm)
{
	if(hlpm==NULL)
	{
		return;
	}
	
	hlpm->pm25=0.0;
	hlpm->pm100=0.0;
	
	hlpm->rxBuffer.pRead=0;
	hlpm->rxBuffer.pWrite=0;
	hlpm->rxBuffer.EnQueue=BufferDataEnQueue;
	hlpm->rxBuffer.DeQueue=BufferDataDeQueue;
}

2.2、對(duì)象操作

??我們已經(jīng)完成了HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象類型的定義和對(duì)象初始化函數(shù)的設(shè)計(jì)。但我們的主要目標(biāo)是獲取對(duì)象的信息，接下來(lái)我們還要實(shí)現(xiàn)面向HLPM025K3 PM2.5傳感器的各類操作。

??由于HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象是自主發(fā)送，所以我們需要做的就是接收消息并解析。

/*解析PM2.5和PM10的數(shù)據(jù)*/
bool ParsingPMData(HlpmObjectType *hlpm)
{
	uint16_t length=0;
	uint8_t receivedData[7]={0};
	bool isValid=false;
	
	length=hlpm->rxBuffer.DeQueue(hlpm,receivedData);
  
	if(length>0)
	{
		isValid=CheckDataIsValid(receivedData);
		if(isValid)
		{
			hlpm->pm25=SynthesisPMValue(receivedData+1);
			hlpm->pm100=SynthesisPMValue(receivedData+3);
		}
	}
  return isValid;
}

3、驅(qū)動(dòng)的使用

??我們已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象的驅(qū)動(dòng)程序。接下來(lái)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證這一驅(qū)動(dòng)程序是否可行。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

??使用基于對(duì)象的操作我們需要先得到這個(gè)對(duì)象，所以我們先要使用前面定義的HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象類型聲明一個(gè)HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象變量，具體操作格式如下：

??HlpmObjectType hlpm;

??聲明了這個(gè)對(duì)象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動(dòng)中定義的初始化函數(shù)對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行初始化。這個(gè)初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

??HlpmObjectType *hlpm，HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象

??這個(gè)對(duì)象變量我們已經(jīng)定義了，所以只需輸入這個(gè)對(duì)象就好了。于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

??HlpmInitialization(&hlpm);

??對(duì)于串口通訊，我們可以使用多種方式，我們?cè)诖耸褂弥袛鄟?lái)接收數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)如下：

//數(shù)據(jù)接收中斷處理函數(shù)
void HLPM_USART_ReceiveDataHandle(void)
{
  uint8_t res;
  // 接收寄存器為空,等待字節(jié)被對(duì)應(yīng)的串口完全接收 
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)
    {   
      
    // 獲取接收到的字節(jié)數(shù)
    HAL_UART_Receive(&hlpmhuart,&res,1,1000);
    hlpm.rxBuffer.EnQueue(&hlpm,res);
    __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE);
  }
}

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

??我們定義了對(duì)象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來(lái)考慮操作這一對(duì)象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們?cè)隍?qū)動(dòng)中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來(lái)我們使用這一驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)我們的應(yīng)用實(shí)例。

/*數(shù)據(jù)獲取*/
void GetDataFromHLPM025K3(void)
{
	float pm25Value;
	float pm10Value;
	
	ParsingPMData(&hlpm);
	
	pm25Value=hlpm.pm25;
	pm10Value=hlpm.pm100;
}

4、應(yīng)用總結(jié)

??我們已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象的驅(qū)動(dòng)程序，并且設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的驗(yàn)證程序。HLPM025K3 PM2.5傳感器的操作本身比較簡(jiǎn)單，只需要通過(guò)串口獲取數(shù)據(jù)就可以了。

??驅(qū)動(dòng)中采用了FIFO隊(duì)列存儲(chǔ)接收到的HLPM025K3 PM2.5傳感器數(shù)據(jù)，主要是考慮到被動(dòng)接收的情況下，能夠保證正確的解析數(shù)據(jù)。如果不使用也是沒(méi)有問(wèn)題的，本身不是HLPM025K3 PM2.5傳感器對(duì)象所必需的。