随笔，手搓一个分布式大气监测系统（三）使用 Nucleo LoRa 开发套件打造 PM2.5 监测终端

前言

鹅民大气监测项目前期已搭建了5个种子监测点，接下去将吸引更多的志愿者来搭建终端，接入系统，一起搭建监测网络。从二期开始，大气监测项目组的同事优选了几款开发套件完成了验证测试，志愿者可根据挑选的开发套件来完成相应的监测终端。

这篇文章分享下如何使用 Nucleo LoRa 开发套件打造 PM2.5 监测终端。

1 方案介绍

总体方案

Nucleo LoRa Sensor 开发板通过串口外挂一个 PM2.5 传感器，通过 LoRaWAN 网关上报至腾讯云物联网开发平台，进而上报至鹅民大气监测系统，做数据存储和进一步的展示分析。

示意图大致为：

PM2.5传感器+Nucleo LoRa Sensor –> Nucleo LoRa Gateway –> 腾讯云物联网开发平台 –> 大气监测系统

实物展示

这是春节放假前在办公室做好时的样子。

监测器拿回家后，放在了阳台上，看看小区的空气质量。

接下来说说具体的软硬件实现。

2 准备工作

PM2.5 传感器

我们使用攀藤G7传感器 PMS7003，据说市场份额不错，并且串口接口也方便调试和代码处理。

Nucleo LoRa 节点开发环境搭建

根据 基于 TencentOS tiny 的 LoRaWAN 开发入门指南 的介绍完成开发环境搭建，包括 MDK 软件的安装及配置、ST-Link 驱动安装、串口软件的安装。

Nucleo LoRa 网关操作

网关无需开发，如果已经配置过接入域名和频点，只需按照如下接线方式连接即可。

持续运行的接线说明

如果此前网关已经做了接入网址和频点的配置，那么只要按本小节接线即可。

1. 先使用 5V 适配器通过 USB 线连接到网关开发板的网关模组(上方的墨绿色板子) Micro USB 接口，给整个网关供电。
2. 网关开发板通过网线连接到上一级路由器的 LAN 口，从而可以实现 DHCP 的方式连接以太网。

3 硬件实现

在传感器连接接口设计上，考虑此前已有两个串口被使用，需要新增一个串口来与传感器通信。

由于 Nucleo 只需要接收数据就行，我们直接接到 RX 引脚上，也就是 PD2。

实物接线如下图。

4 软件实现

示例代码

PM2.5监测器的示例代码已经实现，主要处理串口驱动和传感器协议处理。具体工程仓库见：

https://github.com/twowinter/TencentOS-tiny/tree/pm2d5

源码分析

这个小节是对代码的解析，如果你也是采用相同的传感器，那这部分不用修改，只需进行下一节 LoRaWAN 参数的配置。

这是传感器的串口参数及协议：

协议示例数据：

[17:10:48.321]收←◆42 4D 00 1C 00 3F 00 42 00 58 00 32 00 32 00 32 05 8C 00 E0 00 18 00 14 00 10 00 0E 00 00 03 D5 
[17:10:49.324]收←◆42 4D 00 1C 00 3E 00 42 00 58 00 31 00 32 00 32 05 64 00 E0 00 18 00 14 00 10 00 0E 00 00 03 AB 
[17:10:50.328]收←◆42 4D 00 1C 00 3A 00 42 00 58 00 30 00 32 00 32 05 14 00 E0 00 1C 00 14 00 10 00 0E 00 00 03 5A 
[17:10:51.329]收←◆42 4D 00 1C 00 39 00 42 00 56 00 30 00 32 00 32 05 14 00 D0 00 18 00 10 00 0B 00 0A 00 00 03 36 

具体处理逻辑是这样：

串口接收 –> 数据缓存解析校验 –> 取出其中26字节载荷发到邮箱 –> 邮箱接收并通过LoRa模组发送

硬件这边尽量对传感器数据简化处理，云平台有设备解析引擎，只需将传感器的原始数据取出上报，云端再将其转成JSON。

有兴趣的朋友直接看两位大神的代码，代码流程如下。

graph TB
HAL_UART_RxCpltCallback --> tos_shell_input_byte
tos_shell_input_byte --> shell_readline
shell_readline --> tos_mail_q_post
tos_mail_q_post --> tos_mail_q_pend
tos_mail_q_pend --> tos_lora_module_send

LoRaWAN 参数配置

如果上面的源码分析没完全搞懂也没关系，这不影响我们的接入操作。只需要记得处理一行设备参数相关的代码即可。

1.进入<TencentOS-tiny\board\NUCLEO_STM32L073RZ\KEIL\lorawan>目录，打开 TencentOS_tiny.uvprojx 工程。

2.修改\examples\LoRaWAN\lora_demo.c.。

tos_lora_module_join_otaa("8cf957200000f806", "8cf957200000f8061b39aaaaad204a72");

填入节点相应的 DevEUI 和 AppKEY。鹅民大气监测项目目前将会为参与活动的同事分配专用的密钥 DevEUI 和 AppKey。

3.修改完毕后，重新编译并下载程序。复位我们做好的 PM2.5 监测终端，即可在云端看到监测终端的上报。

END

至此，基于 Nucleo LoRa 开发套件搭建的 PM2.5监测终端的接入就完成了。只需找到一个合适的位置长期安放终端即可。