stm32f103c8t6制作二氧化碳浓度测量电路

一、概述

        因为传感器课程需要我们每个人调查一种传感器,我选择了二氧化碳传感器作为我的调查,并在淘宝上购买一款传感器进行实际电路搭建,能够测量出来环境中二氧化碳浓度。被我用来检测我们寝室中二氧化碳浓度。

        室内二氧化碳浓度过高对人有一定影响,伴随着二氧化碳浓度逐步升高,这种影响逐步加深。

二、实际电路搭建

(一)电路连接图

        如图所示。使用OLED显示屏对传感器元件进行当前二氧化碳浓度的显示。检测二氧化碳浓度的传感器是C8D双通道高精度NDIR红外二氧化碳传感器模块。

(二)传感器数据接收

        C8D双通道高精度NDIR红外二氧化碳传感器模块手册中所提供的数据接收方式有两种,一种是通过串口进行接收,另外一种是通过PWM中高电平所占一个周期的比例换算出二氧化碳浓度,如下所示。

        我使用提到的第二种方式来计算二氧化碳浓度。使用串口的方式目前没有实验过。

(三) 传感器代码编写

        1.PWM数据读取

### STM32F103C8T6 微控制器驱动二氧化碳传感器的实现 #### 实现概述 STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M3 的高性能微控制器,广泛应用于嵌入式开发领域。为了实现对 Sensirion SCD4X 系列二氧化碳传感器的数据采集,可以通过 I²C 接口完成硬件连接并编写相应的软件代码[^1]。 以下是具体的实现方法和代码示例: --- #### 硬件连接 根据引用中的描述,SCD4X 传感器支持 I²C 协议,其主要引脚定义如下: - `VDD`:电源正极(建议使用 3.3V) - `GND`:接地 - `SDA`:I²C 数据线 - `SCL`:I²C 时钟线 在 STM32F103C8T6 上配置 GPIO 引脚作为 I²C 总线接口: - 将 PB6 配置为 SCL (I²C 时钟) - 将 PB7 配置为 SDA (I²C 数据) 此外,还需要通过 USART1 接收传感器返回的数据流,波特率设置为 9600 bps[^3]。 --- #### 软件设计 以下是一个完整的代码框架,展示如何初始化 I²C 和读取 CO₂ 浓度数据。 ```c #include "stm32f1xx_hal.h" // 定义 I2C 地址 #define SCD4X_I2C_ADDR 0x62 // 初始化 I2C 外设 void MX_I2C1_Init(void) { hi2c1.Instance = I2C1; hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 设置 I2C 速度为 100kHz HAL_I2C_Init(&hi2c1); } // 向 SCD4X 发送命令 HAL_StatusTypeDef send_command(uint16_t command_code, uint16_t delay_ms) { uint8_t cmd[2]; cmd[0] = (command_code >> 8); // 高字节 cmd[1] = (uint8_t)(command_code & 0xFF); // 低字节 HAL_Delay(delay_ms); return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, SCD4X_I2C_ADDR << 1, cmd, sizeof(cmd), HAL_MAX_DELAY); } // 从 SCD4X 获取测量数据 HAL_StatusTypeDef read_measurement(float *co2_ppm, float *temperature_celsius, float *humidity_percent) { uint8_t data[9]; // 缓冲区存储响应数据 HAL_StatusTypeDef status; // 请求测量数据 status = HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, SCD4X_I2C_ADDR << 1, data, sizeof(data), HAL_MAX_DELAY); if (status != HAL_OK) return status; // 解析 CO2 浓度 *co2_ppm = ((data[0] << 8) | data[1]); // 解析温度 int temp_raw = ((data[3] << 8) | data[4]); *temperature_celsius = -45 + 175 * (temp_raw / 65535.0); // 解析湿度 int humid_raw = ((data[6] << 8) | data[7]); *humidity_percent = 100 * (humid_raw / 65535.0); return HAL_OK; } int main(void) { HAL_Init(); MX_I2C1_Init(); while (1) { // 开始连续测量模式 send_command(0x21B1, 1000); // 命令码 0x21B1 表示启动周期性测量 // 等待至少 5 秒获取新数据 HAL_Delay(5000); // 读取当前测量值 float co2_concentration, temperature, humidity; if (read_measurement(&co2_concentration, &temperature, &humidity) == HAL_OK) { printf("CO2 Concentration: %.2f ppm\n", co2_concentration); printf("Temperature: %.2f °C\n", temperature); printf("Humidity: %.2f %%\n", humidity); } } } ``` --- #### 关键点说明 1. **I²C 初始配置** 使用 HAL 库函数 `MX_I2C1_Init()` 来初始化 I²C1 外设,并将其工作频率设定为标准模式下的 100 kHz[^1]。 2. **发送指令至传感器** 函数 `send_command()` 构造了一个两字节的命令帧并通过主设备传输给目标器件。这里使用的延迟参数是为了确保传感器有足够的时间处理请求[^3]。 3. **解析传感器反馈** 返回的数据包长度固定为九个字节,其中每三个字节分别对应于 CO₂ 浓度、温度以及相对湿度的实际数值及其 CRC 校验位。 4. **循环运行逻辑** 主函数进入无限循环状态,在每次迭代期间执行一次新的测量操作并将结果显示出来。 --- #### 注意事项 - 如果遇到通信失败的情况,请检查硬件连线是否牢固无误。 - 对于某些版本固件可能存在的兼容性问题,可尝试调整库文件或者查阅官方文档进一步排查原因。 ---
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