HLPM025K3 PM2.5传感器的驱动设计与实现

现在人们对大气环境及室内环境都比较关注。PM2.5在生活中也是常见的词汇。在有些产品中就要求检测PM2.5的数值。检测PM2.5的手段多种多样，在要求不高时我们通常可以采用激光模块。在这一篇中，我们将讨论HLPM025K3 PM2.5传感器驱动的设计与实现。

1、功能概述

  HLPM025K3传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。通过稳定的气 体对流系统，使外界空气均匀的通过自主研发设计的风路，同时在风路中设有多个精密的光学传感器，可以精确的获得粒子的尺寸、速度和质量等信息，加以统计学原理，继而计算出总的粒子质量，从而实时的得到空气中所被关注的粒子的浓度，达到检测PM2.5以及PM10的目的。其基本原理如下图所示：

  HLPM025K3传感器采用串行通讯，采用6脚通讯接口，其引脚定义如下图所示：

  HLPM025K3传感器采用TTL串行通讯，采用9600的波特率，8为数据位，1为停止位，无校验的方式。HLPM025K3传感器通讯采取主动发送模式，0.8到1.2秒发送一次数据。其数据包含7个字节，具体格式如下：

  其中，校验位=PM2.5(H)+PM2.5(L)+PM10(H)+PM10(L)

  接收到的数据按公式计算后得到 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、驱动设计与实现

  我们已经了解了HLPM025K3型PM2.5传感器的基本情况。在这一节中我们将设计并实现HLPM025K3型PM2.5传感器的驱动。

2.1、对象定义

  在使用一个对象之前我们需要获得一个对象。同样的我们想要HLPM025K3 PM2.5传感器就需要先定义HLPM025K3 PM2.5传感器的对象。

2.1.1、对象的抽象

  我们要得到HLPM025K3 PM2.5传感器对象，需要先分析其基本特性。一般来说，一个对象至少包含两方面的特性：属性与操作。接下来我们就来从这两个方面思考一下HLPM025K3 PM2.5传感器的对象。

  先来考虑属性，作为属性肯定是用于标识或记录对象特征的东西。我们来考虑HLPM025K3 PM2.5传感器对象属性。我们将测量数据作为对象的属性，因为他们表示了对象当前的状态。

  接着我们还需要考虑HLPM025K3 PM2.5传感器对象的操作问题。对象本身除了接受数据并没有什么需要操作的。我们使用队列来存储接收到的数据，所以入队出队过程可看作是其操作。

  根据上述我们对HLPM025K3 PM2.5传感器的分析，我们可以定义HLPM025K3 PM2.5传感器的对象类型如下：

/*定义HLPM025K3对象类型*/
typedef struct HlpmObject {
	float pm25;		//PM2.5测量值
	float pm100;	//PM10测量值
	struct DwinRxBuffer{
		uint8_t queue[HLPMRxBufferLength];	//键值存储队列
		uint8_t pRead;									//读队列指针
		uint8_t pWrite;									//写队列指针
		uint16_t (*DeQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t *rxBuf);	//出队操作
		void (*EnQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t rData);				//入队操作
	}rxBuffer;					//定义接收缓存队列
}HlpmObjectType;

2.1.2、对象初始化

  我们知道，一个对象仅作声明是不能使用的，我们需要先对其进行初始化，所以这里我们来考虑HLPM025K3 PM2.5传感器对象的初始化函数。一般来说，初始化函数需要处理几个方面的问题。一是检查输入参数是否合理；二是为对象的属性赋初值；三是对对象作必要的初始化配置。据此我们设计HLPM025K3 PM2.5传感器对象的初始化函数如下：

/*HLPM对象初始化函数*/
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、对象操作

  我们已经完成了HLPM025K3 PM2.5传感器对象类型的定义和对象初始化函数的设计。但我们的主要目标是获取对象的信息，接下来我们还要实现面向HLPM025K3 PM2.5传感器的各类操作。

  由于HLPM025K3 PM2.5传感器对象是自主发送，所以我们需要做的就是接收消息并解析。

/*解析PM2.5和PM10的数据*/
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、驱动的使用

  我们已经设计并实现了HLPM025K3 PM2.5传感器对象的驱动程序。接下来我们设计一个简单的应用来验证这一驱动程序是否可行。

3.1、声明并初始化对象

  使用基于对象的操作我们需要先得到这个对象，所以我们先要使用前面定义的HLPM025K3 PM2.5传感器对象类型声明一个HLPM025K3 PM2.5传感器对象变量，具体操作格式如下：

  HlpmObjectType hlpm;

  声明了这个对象变量并不能立即使用，我们还需要使用驱动中定义的初始化函数对这个变量进行初始化。这个初始化函数所需要的输入参数如下：

  HlpmObjectType *hlpm，HLPM025K3 PM2.5传感器对象

  这个对象变量我们已经定义了，所以只需输入这个对象就好了。于是我们可以调用初始化函数如下：

  HlpmInitialization(&hlpm);

  对于串口通讯，我们可以使用多种方式，我们在此使用中断来接收数据，具体实现如下：

//数据接收中断处理函数
void HLPM_USART_ReceiveDataHandle(void)
{
  uint8_t res;
  // 接收寄存器为空,等待字节被对应的串口完全接收 
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)
    {   
      
    // 获取接收到的字节数
    HAL_UART_Receive(&hlpmhuart,&res,1,1000);
    hlpm.rxBuffer.EnQueue(&hlpm,res);
    __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE);
  }
}

3.2、基于对象进行操作

  我们定义了对象变量并使用初始化函数给其作了初始化。接着我们就来考虑操作这一对象获取我们想要的数据。我们在驱动中已经将获取数据并转换为转换值的比例值，接下来我们使用这一驱动开发我们的应用实例。

/*数据获取*/
void GetDataFromHLPM025K3(void)
{
	float pm25Value;
	float pm10Value;
	
	ParsingPMData(&hlpm);
	
	pm25Value=hlpm.pm25;
	pm10Value=hlpm.pm100;
}

4、应用总结

  我们已经设计并实现了HLPM025K3 PM2.5传感器对象的驱动程序，并且设计了简单的验证程序。HLPM025K3 PM2.5传感器的操作本身比较简单，只需要通过串口获取数据就可以了。

  驱动中采用了FIFO队列存储接收到的HLPM025K3 PM2.5传感器数据，主要是考虑到被动接收的情况下，能够保证正确的解析数据。如果不使用也是没有问题的，本身不是HLPM025K3 PM2.5传感器对象所必需的。