ATK-MB006模块使用说明
1， 硬件连接
这里以正点原子M48Z-M3最小系统板STM32F103版为例，给大家介绍一下模块和板卡的连接方法。其它板卡与模块的硬件连接方法，请大家在“ATK-MB006 空气质量传感器模块\3，程序源码\相应板卡例程文件夹\readme.txt”路径下查看。
空气质量传感器模块可通过杜邦线与正点原子M48Z-M3最小系统板STM32F103版进行连接，具体的连接关系，如下表所示：
表1.1空气质量传感器模块与M48Z-M3最小系统板STM32F103版连接关系
2，实验功能
2.1空气质量传感器模块测试实验
2.1.1 功能说明
在本实验中，串口会打印空气质量传感器模块DO端输出、AO端电压转换值和有害气体是否达到阈值等信息。需要查看这部分实验信息的用户，可用杜邦线将最小系统板STM32F103的PA9引脚和GND连接至外部的USB转串口设备，这样就可以通过XCOM上位机查看串口打印的信息了。
用户还可以通过调节电位器来控制有害气体的浓度检查的阈值。当检测到有害气体浓度达到电位器设定的阈值时，STA灯亮；当检测到有害气体浓度低于电位器设定的阈值时，STA灯熄灭。
开发板的LED0闪烁，提示程序运行。
2.1.2 源码解读
打开本实验的工程文件夹，能够在./Drivers/BSP目录下看到ATK_AIR文件夹和ADC文件夹，其中ATK_AIR文件夹中就包含了空气质量传感器模块的驱动文件，ADC文件夹中就包含了ADC的驱动文件如下图所示：
图2.1.2.1空气质量传感器模块驱动代码
图2.1.2.2 ADC驱动代码
2.1.2.1空气质量传感器模块驱动
下面简要介绍atk_air.c中几个重要的API 函数。
1. 函数atk_air_init ()
该函数用于初始化空气质量传感器模块，具体的代码，如下所示：
/**
* @brief 空气质量传感器模块初始化函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void atk_air_init (void)
{
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
ATK_SMOKE_DO_GPIO_CLK_ENABLE (); /* DO时钟使能 */
gpio_init_struct.Pin = ATK_SMOKE_DO_GPIO_PIN; /* DO引脚 */
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 输入 */
gpio_init_struct.Pull = GPIO_NOPULL; /* 无上下拉 */
HAL_GPIO_Init(ATK_SMOKE_DO_GPIO_PIN, &gpio_init_struct);
adc_init(); /* 初始化ADC */
}
atk_air_init () 函数负责初始化空气质量传感器模块的DO引脚，并将其配置为无上下拉输入模式；然后调用adc_init() 函数初始化 ADC 采集通道，用于获取AO端电压转换值。
2. 函数atk_air_adc_converted_value ()
该函数用于获取AO端电压转换值，具体代码，如下所示：
/**
* @brief 读取AO端电压转换值
* @param 无
* @retval AO端电压转换值
*/
uint32_t atk_air_adc_converted_value (void)
{
return adc_get_result_average(ADC_ADCX_CHY, 10);
}
该函数通过adc_get_result_average()函数得到ADC通道的电压转换值，并做了采集10次ADC取平均值的操作，这样数据会更稳定可靠。
3. 函数atk_air_get_ppm ()
该函数用于求有害气体的浓度值，具体代码，如下所示：
/**
* @brief 求ppm值函数
* @param 无
* @retval ppm
* @note
* 本函数根据MQ-135_规格书提供的传感器灵敏度特性曲线来拟合成幂函数
* 根据Rs/R0推算ppm，所以拟合函数时，x轴为Rs/R0，y轴为ppm，推导的式子为：y = ax^b
* 规格书上的曲线没有每个点的具体数值，所以只能大致估算，会存在误差，大家可以多次标定减少误差
*/
float atk_air_get_ppm(void)
{
uint32_t adc_converted_value; /* AO端电压转换值 */
float vrl; /* AO端的电压（传感器串联的负载电阻RL上的电压） */
float rs; /* 当前传感器的电阻 */
float ppm; /* 可燃气体平均浓度 */
float rs0; /* 传感器电阻比（在测试环境传感器的阻值比上在洁净空气环境传感器的阻值） */
adc_converted_value = atk_air_adc_converted_value();
printf("AO端电压转换值为：%d\r\n", adc_converted_value);
vrl = (float)adc_converted_value / 4096.f * VREF; /* 计算AO端的电压 */
printf("AO端电压（vrl）为：%.3fV\r\n", vrl);
rs = (float)(VC - vrl) * RL / vrl; /* 计算传感器的阻值 */
printf("当前MQ135传感器电阻值为：%.1fkΩ\r\n", rs);
rs0 = rs / R0; /* Rs / R0 */
printf("Rs/R0 = %0.3f\r\n", rs0);
/* y = ax^b； 其中x为Rs/R0，a和b的取值根据数据手册图表自行拟合成幂函数 */
ppm = A * pow(rs0, B);
return ppm;
}
该函数通过幂函数y = ax^b，得到有害气体的浓度值的。其中x为Rs/R0，y为ppm，即有害气体浓度值。a和b分别是atk_air.h头文件中的宏定义A和B。atk_air.h头文件相关宏定义如下：
#define RL 1 /* 根据空气质量传感器模块原理图可知：RL = 1k */ #define R0 34 /* MQ135在洁净空气中的阻值，需预热后测量，这里取平均值得到 */ #define VC 5.0f /* MQ135供电电压，接5V */ #define VREF 3.3f /* STM32的ADC的参考电压 */ #define A 4.103 /* y = ax^b 的 a */ #define B -2.317 /* y = ax^b 的 b */
本函数获取到的污染气体浓度值只是一个大概的值，不是精准的。原因如下：第一，不同MQ135模块特性可能存在一些差异，原因：传感器内阻不同、使用时间和使用环境不同，比如被传感器接触到水、腐蚀液等，会导致传感器灵敏度不同，关于MQ135使用要避免的事项，请查看MQ135规格书。第二，本函数是多次测试取平均值得到的拟合幂函数，函数本身也存在误差。如果大家觉得精度不够，可以测试并修改我们上面的相关宏定义，以求得更佳的精准度。
特别注意：追求更高精度的话，我们最容易修改的宏定义就是R0了，方法如下：
1， 首先将开发板和模块正确连接好，并放在洁净的空气中测试。
2， 传感器预热（建议大于5分钟）。
3， 通过XCOM查看传感器的电阻值，数值比较稳定即可。
4， 将R0宏定义的值修改为这个新测的传感器电阻值即可。
图2.1.2.1.1 修改R0宏定义的值
2.1.2.2 ADC驱动
在图2.1.2.2中，adc.c 和 adc.h 为 ADC 驱动文件，包含了 ADC通道的初始化，并实现了多次采样取平均值等功能。我们就是使用其中的adc_get_result_average()函数来获取AO端电压转换值的。关于ADC的驱动介绍，请查看正点原子各个开发板对应的开发指南中ADC章节。
2.1.2.3 实验测试代码
实验的测试代码在demo.c文件中，该文件在工程根目录下的 User文件夹。测试代码的入口函数为 demo_run()，具体的代码，如下所示：
/**
* @brief 例程演示入口函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void demo_run(void)
{
float ppm; /* 有害气体平均浓度 */
atk_air_init(); /* 初始化空气质量传感器模块 */
printf("空气质量传感器模块读取数据实验\r\n");
printf("检测浓度范围：10~1000ppm\r\n");
while (1)
{
printf("DO端输出为：%d\r\n", ATK_AIR_DO);
ppm = atk_air_get_ppm(); /* 拟合函数换算出ppm */
if(ppm < 10)
{
printf("有害气体平均浓度小于10ppm\r\n");
}
else if(ppm > 1000)
{
printf("有害气体平均浓度大于1000ppmr\n");
}
else
{
printf("有害气体的平均浓度：%0.3fppm\r\n", ppm);
}
if(ATK_AIR_DO == 0)
{
printf("有害气体浓度达到阈值\n");
}
else
{
printf("有害气体浓度未达到阈值\n");
}
printf("\r\n\r\n");
LED0_TOGGLE(); /* 闪烁LED,提示系统正在运行. */
delay_ms(500);
}
}
从MQ135规格书知道，它的有害气体测试范围是：10~1000ppm，所以这里的demo_run函数判断ppm<10或>1000就打印提示信息；只有ppm值在10~1000范围才会打印ppm值。然后，读取DO值可以判断有害气体浓度是否达到电位器设置的阈值，并通过串口打印。最后，LED0闪烁表示程序正常运行。
2.1.3 实验现象
将空气质量传感器模块按照第一节“硬件连接”中介绍的连接方式与开发板连接，并将实验代码编译烧录至开发板中。本实验使用串口输出调试信息，因此需将开发板的 PA9连接至 DAP 虚拟串口（或 USB 转 TTL 模块）的 RX引脚。完成连接后，可通过串口调试助手XCOM查看实验信息输出，如下图所示：
图2.1.3.1 串口调试助手显示内容
注：其它现象请看2.1.1功能说明。