現在人們對大氣環境及室内環境都比較關注。PM2.5在生活中也是常見的詞彙。在有些産品中就要求檢測PM2.5的數值。檢測PM2.5的手段多種多樣，在要求不高時我們通常可以采用雷射子產品。在這一篇中，我們将讨論HLPM025K3 PM2.5傳感器驅動的設計與實作。
1、功能概述
HLPM025K3傳感器采用雷射散射原理。即令雷射照射在空氣中的懸浮顆粒物上産生散射，同時在某一特定角度收集散射光，得到散射光強随時間變化的曲線。通過穩定的氣 體對流系統，使外界空氣均勻的通過自主研發設計的風路，同時在風路中設有多個精密的光學傳感器，可以精确的獲得粒子的尺寸、速度和品質等資訊，加以統計學原理，繼而計算出總的粒子品質，進而實時的得到空氣中所被關注的粒子的濃度，達到檢測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為資料位，1為停止位，無校驗的方式。HLPM025K3傳感器通訊采取主動發送模式，0.8到1.2秒發送一次資料。其資料包含7個位元組，具體格式如下：
其中，校驗位=PM2.5(H)+PM2.5(L)+PM10(H)+PM10(L)
接收到的資料按公式計算後得到 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、驅動設計與實作
我們已經了解了HLPM025K3型PM2.5傳感器的基本情況。在這一節中我們将設計并實作HLPM025K3型PM2.5傳感器的驅動。
2.1、對象定義
在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要HLPM025K3 PM2.5傳感器就需要先定義HLPM025K3 PM2.5傳感器的對象。
2.1.1、對象的抽象
我們要得到HLPM025K3 PM2.5傳感器對象，需要先分析其基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下HLPM025K3 PM2.5傳感器的對象。
先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于辨別或記錄對象特征的東西。我們來考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對象屬性。我們将測量資料作為對象的屬性，因為他們表示了對象目前的狀态。
接着我們還需要考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對象的操作問題。對象本身除了接受資料并沒有什麼需要操作的。我們使用隊列來存儲接收到的資料，是以入隊出隊過程可看作是其操作。
根據上述我們對HLPM025K3 PM2.5傳感器的分析，我們可以定義HLPM025K3 PM2.5傳感器的對象類型如下：
/*定義HLPM025K3對象類型*/
typedef struct HlpmObject {
float pm25; //PM2.5測量值
float pm100; //PM10測量值
struct DwinRxBuffer{
uint8_t queue[HLPMRxBufferLength]; //鍵值存儲隊列
uint8_t pRead; //讀隊列指針
uint8_t pWrite; //寫隊列指針
uint16_t (*DeQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t *rxBuf); //出隊操作
void (*EnQueue)(struct HlpmObject *hlpm,uint8_t rData); //入隊操作
}rxBuffer; //定義接收緩存隊列
}HlpmObjectType;
2.1.2、對象初始化
我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進行初始化，是以這裡我們來考慮HLPM025K3 PM2.5傳感器對象的初始化函數。一般來說，初始化函數需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據此我們設計HLPM025K3 PM2.5傳感器對象的初始化函數如下：
/*HLPM對象初始化函數*/
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、對象操作
我們已經完成了HLPM025K3 PM2.5傳感器對象類型的定義和對象初始化函數的設計。但我們的主要目标是擷取對象的資訊，接下來我們還要實作面向HLPM025K3 PM2.5傳感器的各類操作。
由于HLPM025K3 PM2.5傳感器對象是自主發送，是以我們需要做的就是接收消息并解析。
/*解析PM2.5和PM10的資料*/
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、驅動的使用
我們已經設計并實作了HLPM025K3 PM2.5傳感器對象的驅動程式。接下來我們設計一個簡單的應用來驗證這一驅動程式是否可行。
3.1、聲明并初始化對象
使用基于對象的操作我們需要先得到這個對象，是以我們先要使用前面定義的HLPM025K3 PM2.5傳感器對象類型聲明一個HLPM025K3 PM2.5傳感器對象變量，具體操作格式如下：
HlpmObjectType hlpm;
聲明了這個對象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅動中定義的初始化函數對這個變量進行初始化。這個初始化函數所需要的輸入參數如下：
HlpmObjectType *hlpm，HLPM025K3 PM2.5傳感器對象
這個對象變量我們已經定義了，是以隻需輸入這個對象就好了。于是我們可以調用初始化函數如下：
HlpmInitialization(&hlpm);
對于序列槽通訊，我們可以使用多種方式，我們在此使用中斷來接收資料，具體實作如下：
//資料接收中斷處理函數
void HLPM_USART_ReceiveDataHandle(void)
{
uint8_t res;
// 接收寄存器為空,等待位元組被對應的序列槽完全接收
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)
{
// 擷取接收到的位元組數
HAL_UART_Receive(&hlpmhuart,&res,1,1000);
hlpm.rxBuffer.EnQueue(&hlpm,res);
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpmhuart,UART_FLAG_RXNE);
}
}
3.2、基于對象進行操作
我們定義了對象變量并使用初始化函數給其作了初始化。接着我們就來考慮操作這一對象擷取我們想要的資料。我們在驅動中已經将擷取資料并轉換為轉換值的比例值，接下來我們使用這一驅動開發我們的應用執行個體。
/*資料擷取*/
void GetDataFromHLPM025K3(void)
{
float pm25Value;
float pm10Value;
ParsingPMData(&hlpm);
pm25Value=hlpm.pm25;
pm10Value=hlpm.pm100;
}
4、應用總結
我們已經設計并實作了HLPM025K3 PM2.5傳感器對象的驅動程式，并且設計了簡單的驗證程式。HLPM025K3 PM2.5傳感器的操作本身比較簡單，隻需要通過序列槽擷取資料就可以了。
驅動中采用了FIFO隊列存儲接收到的HLPM025K3 PM2.5傳感器資料，主要是考慮到被動接收的情況下，能夠保證正确的解析資料。如果不使用也是沒有問題的，本身不是HLPM025K3 PM2.5傳感器對象所必需的。
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