DIY-ESP8266移动PM2.5传感器-带屏幕-APP

news2024/12/21 15:28:47

本教程将指导您制作一台专业级的空气质量检测仪。这个项目使用经济实惠的ESP8266和PMS5003传感器，配合OLED显示屏，不仅能实时显示PM2.5数值，还能通过手机APP随时查看数据。总成本70元，相比几百的用的便宜，用的心理踏实。

功能特点

实时检测PM2.5和PM10浓度
OLED屏幕直观显示数据
WiFi无线连接，支持远程数据查看
手机APP实时监控
支持数据历史记录和趋势分析
24小时持续监测

成品
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网页
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APP
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硬件需求

[upl-image-preview url=https://forum.thingspanel.cn/assets/files/2024-12-20/1734656701-50998-image.png]

ESP8266开发板（如NodeMCU、Wemos D1 mini等）10元
PMS5003/PMS7003系列颗粒物传感器 50元
0.96寸OLED显示屏（I2C接口，128x64分辨率）9元
若干杜邦线

接线说明

PMS传感器接线（5V供电）：

VCC → ESP8266的VIN（5V）
GND → ESP8266的GND
TX → D6（GPIO12）
RX → D5（GPIO14）

OLED显示屏接线：

VCC → 3.3V
GND → GND
SDA → D2（GPIO4）
SCL → D1（GPIO5）

准备工作

Arduino IDE配置：

安装ESP8266开发板支持
安装必要的库：

WiFiManager（用于WiFi配置）
PubSubClient（MQTT客户端）
Adafruit GFX和Adafruit SSD1306（OLED驱动）
ArduinoJson（JSON数据处理）

使用说明

首次使用：

给设备上电后，会创建一个名为"AP"的WiFi热点
用手机连接该热点
在弹出的配置页面中设置WiFi信息
设备会自动连接配置好的WiFi

正常使用：

设备每3秒更新一次显示屏数据
每10秒向MQTT服务器发送一次数据
OLED屏幕显示实时PM2.5数值

代码

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiManager.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <ArduinoJson.h>

// OLED显示屏设置
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// PMS传感器串口设置
#define PMS_RX 12  // D6
#define PMS_TX 14  // D5
SoftwareSerial pmsSensor(PMS_RX, PMS_TX);

// MQTT设置
const char* mqtt_server = "47.115.210.16";
const int mqtt_port = 1883;
const char* mqtt_username = "cc1fb73f-ec43-3b37-522";
const char* mqtt_password = "b5c6d62";
const char* mqtt_client_id = "mqtt_d59ea842-b79";
const char* mqtt_topic = "devices/telemetry";

// 时间设置
unsigned long lastMQTTPublish = 0;
const long MQTT_PUBLISH_INTERVAL = 10000;  // MQTT发布间隔10秒
const long DISPLAY_UPDATE_INTERVAL = 3000;  // 显示更新间隔3秒

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);

// PMS数据结构
struct PMS_data {
    uint16_t pm1_0;
    uint16_t pm2_5;
    uint16_t pm10_0;
    uint16_t pm1_0_std;   // 添加标准颗粒物浓度
    uint16_t pm2_5_std;
    uint16_t pm10_0_std;
    bool valid;
} pms_data;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    Serial.println("\n启动中...");
    
    // 初始化I2C
    Wire.begin(4, 5);  // SDA = GPIO4 (D2), SCL = GPIO5 (D1)
    
    // 初始化OLED
    if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS)) {
        Serial.println("OLED初始化失败");
    } else {
        Serial.println("OLED初始化成功");
        display.clearDisplay();
        display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
        showInitScreen();
    }
    
    // 初始化PMS传感器
    Serial.println("初始化PMS传感器...");
    pmsSensor.begin(9600);
    pms_data.valid = false;
    
    // 配置WiFi
    WiFiManager wifiManager;
    if(!wifiManager.autoConnect("AP")) {
        Serial.println("配置失败，重启");
        ESP.restart();
    }
    
    // 配置MQTT
    client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
}

void loop() {
    static unsigned long lastDisplayUpdate = 0;
    unsigned long currentMillis = millis();
    
    if (!client.connected()) {
        reconnectMQTT();
    }
    client.loop();
    
    if (currentMillis - lastDisplayUpdate >= DISPLAY_UPDATE_INTERVAL) {
        if (readPMSdata()) {
            updateDisplay();
        }
        lastDisplayUpdate = currentMillis;
    }
    
    if (pms_data.valid && currentMillis - lastMQTTPublish >= MQTT_PUBLISH_INTERVAL) {
        publishData();
        lastMQTTPublish = currentMillis;
    }
}

bool readPMSdata() {
    uint8_t buffer[32];
    uint16_t sum = 0;
    
    // 清空接收缓冲区
    while(pmsSensor.available()) {
        pmsSensor.read();
    }
    
    // 等待数据
    delay(1000);
    
    if (pmsSensor.available() < 32) {
        return false;
    }
    
    // 检查帧头
    if (pmsSensor.read() != 0x42 || pmsSensor.read() != 0x4D) {
        return false;
    }
    
    // 读取剩余数据
    pmsSensor.readBytes(buffer, 30);
    
    // 计算校验和
    sum = 0x42 + 0x4D;
    for (int i = 0; i < 28; i++) {
        sum += buffer[i];
    }
    
    // 验证校验和
    if (sum != ((buffer[28] << 8) | buffer[29])) {
        Serial.println("校验和错误");
        return false;
    }
    
    // 打印原始数据以供调试
    Serial.println("Raw data:");
    for(int i = 0; i < 30; i++) {
        Serial.printf("%02X ", buffer[i]);
        if((i + 1) % 8 == 0) Serial.println();
    }
    Serial.println();

    // 标准颗粒物浓度
    pms_data.pm1_0_std = (buffer[4] << 8) | buffer[5];    // 数据1：PM1.0标准
    pms_data.pm2_5_std = (buffer[6] << 8) | buffer[7];    // 数据2：PM2.5标准
    pms_data.pm10_0_std = (buffer[8] << 8) | buffer[9];   // 数据3：PM10标准

    // 大气环境浓度
    pms_data.pm1_0 = (buffer[10] << 8) | buffer[11];    // 数据4：PM1.0大气环境
    pms_data.pm2_5 = (buffer[12] << 8) | buffer[13];    // 数据5：PM2.5大气环境
    pms_data.pm10_0 = (buffer[14] << 8) | buffer[15];   // 数据6：PM10大气环境



    Serial.println("解析后的数据:");
    Serial.printf("标准颗粒物浓度 - PM1.0: %d, PM2.5: %d, PM10: %d\n", 
                 pms_data.pm1_0_std, pms_data.pm2_5_std, pms_data.pm10_0_std);
    Serial.printf("大气环境浓度 - PM1.0: %d, PM2.5: %d, PM10: %d\n", 
                 pms_data.pm1_0, pms_data.pm2_5, pms_data.pm10_0);

    // 验证数据合理性（暂时注释掉范围检查，看看实际数据）
    // if (pms_data.pm2_5 > 1000 || pms_data.pm1_0 > 1000 || pms_data.pm10_0 > 1000) {
    //     Serial.println("数据超出合理范围");
    //     return false;
    // }
    
    pms_data.valid = true;
    
    // 打印调试信息
    Serial.printf("PM1.0: %d, PM2.5: %d, PM10: %d\n", 
                 pms_data.pm1_0, pms_data.pm2_5, pms_data.pm10_0);
                 
    return true;
}

void updateDisplay() {
    display.clearDisplay();
    
    // 标题 - 确保不会折行
    display.setTextSize(1);
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    const char* title = "AIR QUALITY";
    int16_t titleWidth = strlen(title) * 6;
    display.setCursor((SCREEN_WIDTH - titleWidth) / 2, 2);
    display.print(title);
    
    // 单条分隔线
    display.drawLine(0, 12, SCREEN_WIDTH, 12, SSD1306_WHITE);
    
    // PM2.5值显示
    String pm25Str = String(pms_data.pm2_5);
    int16_t valueX = SCREEN_WIDTH - (pm25Str.length() * 12) - 8;  // 右边距离8像素
    int16_t valueY = 22;
    
    // PM2.5标签
    display.setTextSize(1);
    display.setCursor(8, valueY + 4);
    display.print("PM2.5");
    
    // PM2.5数值（反色显示）
    int16_t boxWidth = pm25Str.length() * 12 + 4;
    int16_t boxHeight = 18;
    display.fillRect(valueX - 2, valueY - 1, boxWidth, boxHeight, SSD1306_WHITE);
    display.setTextColor(SSD1306_BLACK);
    display.setTextSize(2);
    display.setCursor(valueX, valueY);
    display.print(pm25Str);
    
    // PM10显示（保持在一行内）
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    display.setTextSize(1);
    
    // PM10标签和值
    int16_t pm10Y = 48;
    display.setCursor(8, pm10Y);
    display.print("PM10");
    
    String pm10Str = String(pms_data.pm10_0);
    int16_t pm10ValueX = SCREEN_WIDTH - (pm10Str.length() * 6) - 35;  // 预留单位的空间
    display.setCursor(pm10ValueX, pm10Y);
    display.print(pm10Str);
    
    // 单位
    display.setCursor(SCREEN_WIDTH - 30, pm10Y);
    display.print("ug/m3");
    
    display.display();
}

void publishData() {
    StaticJsonDocument<200> doc;
    doc["pm25"] = pms_data.pm2_5;
    doc["pm10"] = pms_data.pm10_0;
    
    char buffer[200];
    serializeJson(doc, buffer);
    
    if (client.publish(mqtt_topic, buffer)) {
        Serial.println("MQTT数据发送成功");
        Serial.println(buffer);
    } else {
        Serial.println("MQTT数据发送失败");
    }
}

void reconnectMQTT() {
    while (!client.connected()) {
        Serial.println("尝试MQTT连接...");
        if (client.connect(mqtt_client_id, mqtt_username, mqtt_password)) {
            Serial.println("MQTT已连接");
        } else {
            Serial.print("MQTT连接失败, rc=");
            Serial.println(client.state());
            delay(2000);
        }
    }
}

void showInitScreen() {
    display.clearDisplay();
    
    // 计算文本位置以实现居中显示
    int16_t startY = (SCREEN_HEIGHT - 32) / 2;  // 32是两行文本的总高度(16px每行)
    
    display.setTextSize(2);
    
    // 显示 "Air PM2.5"
    const char* line1 = "Air PM2.5";
    int16_t line1Width = strlen(line1) * 12;  // 每个字符宽度约12像素
    display.setCursor((SCREEN_WIDTH - line1Width) / 2, startY);
    display.println(line1);
    
    // 显示 "Monitor"
    const char* line2 = "Monitor";
    int16_t line2Width = strlen(line2) * 12;
    display.setCursor((SCREEN_WIDTH - line2Width) / 2, startY + 16);
    display.println(line2);
    
    display.display();
    delay(2000);
}

传感器手册

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