基于nb-iot和arduino的气象站（二）PM2.5和GPS传感器

上一篇介绍了温湿度传感器和紫外线传感器的使用。

这一篇介绍pm2.5和GPS传感器的使用。

一、PM2.5传感器

我使用的传感器为DSL-03。

DSL-03是一款激光式PM2.5传感器，内置激光器和光电接收组件，采用光散射原理，激光在颗粒物上产生散射光，由光电接收器件转变为电信号，再通过特定算法计算出PM2.5质量浓度、PM10质量浓度、PM0.3~PM2.5粒子个数、PM2.5~PM10粒子个数。

1.1接线说明

1. GND接GND
2. VCC接5V
3. TX接arduino RX
4. RX接arduino TX

1.2数据格式

该传感器采用异步串行通信方式，以帧为单位进行通讯。帧格式固定，每一帧由9个字节组成，分命令帧和应答帧。

1. 传感器上电后，需要给传感器发送开机指令

传感器向外部设备回应帧具体内容为

1. 读PM2.5和PM10的值

外部设备向传感器发送命令

传感器向外部设备回应帧具体内容为

计算PM2.5质量浓度：（字节5）*256+（字节6）=0x01*256+0x23=291(ug/m3)

计算PM2.5质量浓度：（字节3）*256+（字节4）=0x01*256+0x31=305(ug/m3)

计算字节和校验：

（字节1）+（字节2）+（字节3）+（字节4）+（字节5）+（字节6）+（字节9）=（字节7）*256+（字节8）

1.3参考代码

#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(5, 6);
uint16_t pm25;
uint16_t pm10;

void setup() {
  mySerial.begin(9600);
  Serial.begin(9600);
  pmOn();
  delay(1000);
}
void pmRead(){
  uint8_t data[] = {0xAA,0x02,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x67,0xBB};
  mySerial.write(data,9);
  delay(100);
  for(int i=0;i<9;i++){
    if (mySerial.available()) {
      data[i] = mySerial.read();
    }
  }
  if(data[0]==0xAA && data[8]== 0xBB){
    pm25 = data[4]*256 + data[5];
    pm10 = data[2]*256 + data[3];

  }
}

void pmOn(){
  uint8_t data[] = {0xAA,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x66,0xBB};
  mySerial.write(data,9);
}

void pmOff(){
  uint8_t data[] = {0xAA,0x03,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x68,0xBB};
  mySerial.write(data,9);
}

在代码中，用到了软串口，因为arduino的硬串口只有1个，不够这么多传感器同时使用。

二、GPS传感器

我使用的传感器采用U-BLOX NEO-6M模组，体积小巧。模块增加放大电路，有利于无源陶瓷天线快速搜星。

2.1接线说明

VCC接3.3V~5V

GND接GND

TX接arduino RX

RX接arduino TX

2.2数据格式

帧格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh(CR)(LF)

1. “$”：帧命令起始位
2. aaccc：地址域，前两位为识别符（aa），后三位为语句名（ccc）
3. ddd…ddd：数据
4. “*”：校验和前缀（也可以作为语句数据结束的标志）
5. hh：校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符）
6. (CR)(LF)：帧结束，回车和换行符

以GPRMC为例：

$GPRMC（推荐定位信息，Recommended Minimum Specific GPS/Transit Data）$GPRMC语句的基本格式如下：
$GPRMC,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12)*hh(CR)(LF)
(1) UTC时间，hhmmss（时分秒）
(2) 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
(3) 纬度ddmm.mmmmm（度分）
(4) 纬度半球N（北半球）或S（南半球）
(5) 经度dddmm.mmmmm（度分）
(6) 经度半球E（东经）或W（西经）
(7) 地面速率（000.0~999.9节）
(8) 地面航向（000.0~359.9度，以真北方为参考基准）
(9) UTC日期，ddmmyy（日月年）
(10)磁偏角（000.0~180.0度，前导位数不足则补0）
(11) 磁偏角方向，E（东）或W（西）
(12) 模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
举例如下：

$GPRMC,023543.00,A,2308.28715,N,11322.09875,E,0.195,,240213,,,A*78

2.3参考代码

int L = 13; //LED指示灯引脚

struct
{
    char GPS_Buffer[80];
    bool isGetData;     //是否获取到GPS数据
    bool isParseData;   //是否解析完成
    char UTCTime[11];       //UTC时间
    char latitude[11];      //纬度
    char N_S[2];        //N/S
    char longitude[12];     //经度
    char E_W[2];        //E/W
    bool isUsefull;     //定位信息是否有效
} Save_Data;

const unsigned int gpsRxBufferLength = 600;
char gpsRxBuffer[gpsRxBufferLength];
unsigned int ii = 0;

void setup()    //初始化内容
{
    Serial.begin(9600);     
    Serial.println("ILoveMCU.taobao.com");
    Serial.println("Wating...");

    Save_Data.isGetData = false;
    Save_Data.isParseData = false;
    Save_Data.isUsefull = false;
}

void loop()     //主循环
{
    gpsRead();  //获取GPS数据
    parseGpsBuffer();//解析GPS数据
    printGpsBuffer();//输出解析后的数据
}

void errorLog(int num)
{
    Serial.print("ERROR");
    Serial.println(num);
    while (1)
    {
        digitalWrite(L, HIGH);
        delay(300);
        digitalWrite(L, LOW);
        delay(300);
    }
}

void printGpsBuffer()
{
    if (Save_Data.isParseData)
    {
        Save_Data.isParseData = false;

        Serial.print("Save_Data.UTCTime = ");
        Serial.println(Save_Data.UTCTime);

        if(Save_Data.isUsefull)
        {
            Save_Data.isUsefull = false;
            Serial.print("Save_Data.latitude = ");
            Serial.println(Save_Data.latitude);
            Serial.print("Save_Data.N_S = ");
            Serial.println(Save_Data.N_S);
            Serial.print("Save_Data.longitude = ");
            Serial.println(Save_Data.longitude);
            Serial.print("Save_Data.E_W = ");
            Serial.println(Save_Data.E_W);
        }
        else
        {
            Serial.println("GPS DATA is not usefull!");
        }       
    }
}

void parseGpsBuffer()
{
    char *subString;
    char *subStringNext;
    if (Save_Data.isGetData)
    {
        Save_Data.isGetData = false;
        Serial.println("**************");
        Serial.println(Save_Data.GPS_Buffer);

        for (int i = 0 ; i <= 6 ; i++)
        {
            if (i == 0)
            {
                if ((subString = strstr(Save_Data.GPS_Buffer, ",")) == NULL)
                    errorLog(1);    //解析错误
            }
            else
            {
                subString++;
                if ((subStringNext = strstr(subString, ",")) != NULL)
                {
                    char usefullBuffer[2]; 
                    switch(i)
                    {
                        case 1:memcpy(Save_Data.UTCTime, subString, subStringNext - subString);break;   //获取UTC时间
                        case 2:memcpy(usefullBuffer, subString, subStringNext - subString);break;   //获取UTC时间
                        case 3:memcpy(Save_Data.latitude, subString, subStringNext - subString);break;  //获取纬度信息
                        case 4:memcpy(Save_Data.N_S, subString, subStringNext - subString);break;   //获取N/S
                        case 5:memcpy(Save_Data.longitude, subString, subStringNext - subString);break; //获取纬度信息
                        case 6:memcpy(Save_Data.E_W, subString, subStringNext - subString);break;   //获取E/W

                        default:break;
                    }

                    subString = subStringNext;
                    Save_Data.isParseData = true;
                    if(usefullBuffer[0] == 'A')
                        Save_Data.isUsefull = true;
                    else if(usefullBuffer[0] == 'V')
                        Save_Data.isUsefull = false;
                }
                else
                {
                    errorLog(2);    //解析错误
                }
            }
        }
    }
}

void gpsRead() {
    while (Serial.available())
    {
        gpsRxBuffer[ii++] = Serial.read();
        if (ii == gpsRxBufferLength)clrGpsRxBuffer();
    }

    char* GPS_BufferHead;
    char* GPS_BufferTail;
    if ((GPS_BufferHead = strstr(gpsRxBuffer, "$GPRMC,")) != NULL || (GPS_BufferHead = strstr(gpsRxBuffer, "$GNRMC,")) != NULL )
    {
        if (((GPS_BufferTail = strstr(GPS_BufferHead, "rn")) != NULL) && (GPS_BufferTail > GPS_BufferHead))
        {
            memcpy(Save_Data.GPS_Buffer, GPS_BufferHead, GPS_BufferTail - GPS_BufferHead);
            Save_Data.isGetData = true;
            clrGpsRxBuffer();
        }
    }
}

void clrGpsRxBuffer(void)
{
    memset(gpsRxBuffer, 0, gpsRxBufferLength);      //清空
    ii = 0;
}

下一篇将介绍NB-IoT模块的使用。

最后

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