1 前言

我是個挺愛琢磨生活細節(jié)的人,在不同的場所我總是會覺得我鼻子不舒服，嗓子也有點干。但是有的地方也挺干凈整潔的呀，我心里時常想：“這也沒人抽煙，也沒刮大風啊？難道是空氣不行？”可空氣好不好，看不見摸不著啊！PM2.5：那些比頭發(fā)絲還細幾十倍的灰塵顆粒，吸進去就賴在肺里不走了，長期下來可不是鬧著玩的。家里有老人小孩的，更得注意這個。二氧化碳：你以為人多的地方只是“悶”？那是CO2超標了！在教室、會議室甚至自己關著門的臥室待久了，頭暈、犯困、注意力不集中，很可能就是它在搗鬼。辦公室下午集體犯困？搞不好就是通風不夠，CO2爆表了！空氣干不干凈？不知道！ 全憑感覺，鼻子嗓子不舒服了才后知后覺。開不開窗？很糾結！ 外面看著天挺好，開了窗結果可能進來一堆灰（PM2.5）；關窗吧，屋里人一多，CO2蹭蹭漲，悶得慌。凈化器/新風開不開？開多久？純靠猜！電費嘩嘩流，效果怎么樣？心里沒底。我就想：能不能做個簡單、便宜又能聯(lián)網(wǎng)的小玩意兒，讓我隨時知道身邊的空氣“底細”？

既然要“隨時知道”，那肯定得聯(lián)網(wǎng)！把數(shù)據(jù)發(fā)到手機或者網(wǎng)頁上才方便。自己做網(wǎng)絡協(xié)議？想想就頭大！直到我發(fā)現(xiàn)了 W55MH32 這塊板子，簡直是量身定做：“自帶網(wǎng)卡”的MCU： 它最牛的地方就是 芯片里直接集成了硬件TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC和PHY！這意味著什么？我不需要再外接復雜的WiFi模塊或者額外跑協(xié)議棧消耗寶貴的CPU資源。硬件搞定網(wǎng)絡底層，開發(fā)更簡單！ 我只需要關心怎么讀取傳感器數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)打包發(fā)出去就行。成本低、連線少： 基本上，加個網(wǎng)絡變壓器和RJ45網(wǎng)口，插根網(wǎng)線，它就能直接上網(wǎng)了！穩(wěn)定性也比很多WiFi方案靠譜。性能夠用： 處理幾個傳感器的數(shù)據(jù)，做點簡單計算，再通過網(wǎng)絡發(fā)出去，W55MH32的性能綽綽有余。

基于以上，我決定動手搞這個項目：本項目以W55MH32 以太網(wǎng)開發(fā)板為核心，通過JW01-CO2傳感器（實時監(jiān)測二氧化碳濃度）與DC01紅外PM2.5傳感器（精準檢測空氣中細顆粒物含量），構建了一套智能化環(huán)境監(jiān)測解決方案。系統(tǒng)通過MQTT協(xié)議與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺建立穩(wěn)定通信鏈路，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的云端遠程傳輸、存儲與分析，支持用戶通過移動端或Web端實時查看數(shù)據(jù)歷史趨勢與告警信息。
創(chuàng)新性地開發(fā)了本地實時數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)頁，設備內置輕量級Web服務器，用戶可直接通過瀏覽器訪問設備IP地址，獲取傳感器數(shù)據(jù)的動態(tài)刷新顯示（5秒更新一次）。最終達到讓“看不見”的空氣變得“看得見、摸得著、管得住”，用數(shù)據(jù)指導生活，呼吸得更明白、更健康！

開源項目源碼：https://gitee.com/hupeiyuan0218/w55mh32_aircheck.git

視頻演示：https://www.bilibili.com/video/BV162tzzaEcg/?vd_source=0e464ab43d68457de7bac889723ef284

2 項目環(huán)境

2.1 硬件環(huán)境

W55MH32開發(fā)板

JW01-CO2傳感器

DC01紅外PM2.5傳感器

網(wǎng)線

若干杜邦線

2.2 軟件準備

開發(fā)環(huán)境：Keil uVision 5

Wiznet串口助手(其他串口工具也可以)

阿里云服務器

瀏覽器

2.3 方案圖示

3 注冊阿里云賬號以及建立物模型

注冊賬號在這里不進行贅述，下面我們看如何建立物模型。

3.1 創(chuàng)建產(chǎn)品

搜索物聯(lián)網(wǎng)平臺 → 點擊物聯(lián)網(wǎng)平臺 → 點擊公共實例

選擇設備管理 → 點擊產(chǎn)品 → 點擊創(chuàng)建產(chǎn)品

設置產(chǎn)品名稱、所屬品類、節(jié)點類型、連網(wǎng)方式、數(shù)據(jù)格式

3.2 添加設備

創(chuàng)建成功產(chǎn)品后點擊添加設備 → 輸入DeviceName

3.3 創(chuàng)建物模型

定義物聯(lián)網(wǎng)模型，選擇產(chǎn)品 → 點擊功能定義 → 點擊前往編輯草稿

點擊添加自定義功能 → 選擇功能類型 → 輸入功能名稱 → 設置標識符 → 設置數(shù)據(jù)類型 → 設置取值范圍 → 設置步長 → 設置單位 → 設置讀寫類型

3.4 獲取設備連接信息

點擊產(chǎn)品 → 選擇創(chuàng)建的產(chǎn)品 → 點擊Topic類列表 → 選擇物模型通信

訂閱平臺下發(fā)消息的主題：
/sys/a1QsjDLF7Rq/${deviceName}/thing/service/property/set
設備發(fā)布消息主題：
/sys/a1QsjDLF7Rq/${deviceName}/thing/event/property/post

注：兩個主題中的{device_id}需要更改為自己設備的ID

點擊設備管理 → 選擇設備 → 點擊查看

點擊查看DeviceSecret，獲取到設備證書

{
    "ProductKey": "a1QsjDLF7Rq",
    "DeviceName": "W55MH32",
    "DeviceSecret": "5a2b4550d9a3e7a8c19c1c8943d8f710"
}

獲取MQTT連接參數(shù)

4 例程修改

本次以MQTT&Aliyun為例：

找到do_mqtt.c文件，把上述中的參數(shù)更換為自己阿里云的參數(shù)，這些參數(shù)我們在上面都有講到，可以自行替換。

mqttconn mqtt_params = {
    .mqttHostUrl = "a1QsjDLF7Rq.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com",
    .server_ip =
        {
            0,
        },        /*Define the Connection Server IP*/
    .port = 1883, /*Define the connection service port number*/
    .clientid = "a1QsjDLF7Rq.W55MH32|securemode=2,signmethod=hmacsha256,"
                "timestamp=1752545118110|", /*Define the client ID*/
    .username = "W55MH32&a1QsjDLF7Rq",      /*Define the user name*/
    .passwd = "f0dcd6ce4df2493438e42dbd9dd789d348309201ac18f18dd158ddceea45fc5"
              "d", /*Define user passwords*/
    .pubtopic =
        "/sys/a1QsjDLF7Rq/W55MH32/thing/event/property/post", /*Define the
                                                                 publication
                                                                 message*/
    .subtopic =
        "/sys/a1QsjDLF7Rq/W55MH32/thing/service/property/set", /*Define
                                                                  subscription
                                                                  messages*/
    .pubQoS = QOS0, /*Defines the class of service for publishing messages*/
};

先發(fā)送訂閱主題{device_id}的數(shù)據(jù)包
/sys/a1QsjDLF7Rq/W55MH32/thing/service/property/set訂閱成功后，接收到來自主題的信息SUCCESS。

case SUB: {
    ret = MQTTSubscribe(&c, mqtt_params.subtopic,mqtt_params.subQoS,
                        messageArrived); /* Subscribe to Topics */
    printf("Subscribing to %srn", mqtt_params.subtopic);
    printf("Subscribed:%srnrn", ret == SUCCESSS ? "success" : "failed");
    if (ret != SUCCESSS) {
      run_status = ERR;
    } else {
      run_status = PUB_MESSAGE;
    }
    break;
  }

接下來進行數(shù)據(jù)發(fā)布，這一步請確保服務ID（Temperature）和屬性名（CurrentTemperature）與您在阿里云上定義的產(chǎn)品模型完全一致（包括大小寫）。發(fā)布成功后更新狀態(tài)為保持連接狀態(tài)。

case PUB_MESSAGE: {
    // 動態(tài)構建JSON負載
    snprintf(payload_buffer, PAYLOAD_BUFFER_SIZE,
             "{"id":"123","version":"1.0","
             ""params":{"co2":%d,"PM2_5":%d},"
             ""method":"thing.event.property.post"}",
             co2_concentration, concentration);

    pubmessage.qos = QOS0;
    pubmessage.payload = payload_buffer;
    pubmessage.payloadlen = strlen(payload_buffer);
    ret = MQTTPublish(&c, (char *)&(mqtt_params.pubtopic),
                      &pubmessage); /* Publish message */
    if (ret != SUCCESSS) {
      run_status = ERR;
    } else {
      printf("publish:%s,%srnrn", mqtt_params.pubtopic, payload_buffer);
      run_status = KEEPALIVE;
    }
    break;
  }

完成這兩步就可以成功連接阿里云，并上傳數(shù)據(jù)到阿里云。

采集數(shù)據(jù)采用的傳感器采用的是JW01-CO2傳感器、DC01紅外PM2.5傳感器，這兩個傳感器都是通過串口通信，首先進行串口初始化，然后傳感器每秒自動將采集到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送。DC01紅外PM2.5傳感器通過串口二連接，JW01-CO2傳感器通過串口三連接。

初始化串口二、串口三

// 串口2初始化函數(shù)
void pm25_usart2_init(uint32_t baudrate)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;

    // 使能時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);

    // 配置TX引腳 (PA0)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置RX引腳 (PA3)
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置串口參數(shù)
    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
    
    // 使能接收中斷
    USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    
    // 配置NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // 使能串口
    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}
 
// 串口3初始化
void co2_usart3_init(uint32_t baudrate)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 使能時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);

    // 配置USART3 TX (PB10) 為復用推挽輸出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 配置USART3 RX (PB11) 為浮空輸入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // USART參數(shù)配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);

    // 使能接收中斷
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);

    // 配置USART3中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; // 優(yōu)先級低于串口2
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 使能串口
    USART_Cmd(USART3, ENABLE);
}

初始化完成之后，通過數(shù)據(jù)格式進行解析，將PM2.5濃度、二氧化碳濃度計算出來

//解析計算PM2.5濃度
void pm25_data_process_usart2(void)
{
    // 計算校驗和：前三字節(jié)的低7位之和
    uint8_t calculated_checksum = (rx_buffer[0] & 0x7F) + 
                                  (rx_buffer[1] & 0x7F) + 
                                  (rx_buffer[2] & 0x7F);
    calculated_checksum &= 0x7F; // 保留低7位
    
    // 獲取接收到的校驗位（第四字節(jié)）
    uint8_t received_checksum = rx_buffer[3] & 0x7F;
    
    // 校驗檢查
    if (calculated_checksum != received_checksum)
    {
        checksum_error = 1;
        return; // 校驗失敗，丟棄數(shù)據(jù)
    }
    
    checksum_error = 0;
    
    // 計算濃度值
    // 濃度值 = (DATAH[6:0] 

	

	這樣我們就獲取到了環(huán)境空氣質量數(shù)據(jù)，再創(chuàng)建一個網(wǎng)頁，將PM2.5濃度、CO2濃度進行顯示出來，每五秒刷新一次。

	
int32_t loopback_tcps(uint8_t sn, uint8_t *buf, uint16_t port) {
  int32_t ret;
  uint16_t size = 0, sentsize = 0;

  switch (getSn_SR(sn)) {
  case SOCK_ESTABLISHED:
    if (getSn_IR(sn) & Sn_IR_CON) {

      setSn_IR(sn, Sn_IR_CON);
    }
    if ((size = getSn_RX_RSR(sn)) >
        0) // Don't need to check SOCKERR_BUSY because it doesn't not occur.
    {
      if (size > DATA_BUF_SIZE)
        size = DATA_BUF_SIZE;
      ret = recv(sn, buf, size);

      if (ret <= 0)
        return ret; // check SOCKERR_BUSY & SOCKERR_XXX. For showing the
                    // occurrence of SOCKERR_BUSY.
      size = (uint16_t)ret;
      sentsize = 0;
      buf[size] = 0x00;
      printf("rece data:%srn", buf);

      HttpRequestLine req_line;
      if (parse_request_line((char *)buf, &req_line) == 0) {
        printf("Method: %sn", req_line.method);   // 輸出: GET
        printf("URI: %sn", req_line.uri);         // 輸出: /
        printf("Version: %sn", req_line.version); // 輸出: HTTP/1.1

        if (strcmp(req_line.method, "GET") == 0 &&
            strcmp(req_line.uri, "/") == 0) {
          char html_buffer[2048]; // 確保緩沖區(qū)足夠大
          snprintf(html_buffer, sizeof(html_buffer), index_page,
                   g_co2_concentration, g_pm25_concentration);

          uint16_t content_len = strlen(html_buffer);
          sentsize = 0;
          while (content_len != sentsize) {
            ret = send(sn, (uint8_t *)html_buffer + sentsize,
                       content_len - sentsize);
            if (ret < 0) {
              close(sn);
              return ret;
            }
            sentsize += ret;
          }
          disconnect(sn);
          close(sn);
        } else if (strcmp(req_line.method, "GET") == 0 &&
                   strcmp(req_line.uri, "/api/sensor") == 0) {
          char sensor_data[64];
          sprintf(sensor_data, "{"pm25":%u,"co2":%u}", g_co2_concentration,
                  g_pm25_concentration);
          char response[128];
          sprintf(response,
                  "HTTP/1.1 200 OKrn"
                  "Content-Type: application/jsonrn"
                  "Connection: closern"
                  "rn"
                  "%s",
                  sensor_data);
          send(sn, (uint8_t *)response, strlen(response));
          disconnect(sn);
          close(sn);
        } else {
          send(sn, (uint8_t *)HTTP_RESPONSE_404, strlen(HTTP_RESPONSE_404));
          disconnect(sn);
          close(sn);
        }
      }

      else {
        printf("解析失??！n");
      }
    }
    break;
  case SOCK_CLOSE_WAIT:
    if ((ret = disconnect(sn)) != SOCK_OK)
      return ret;
    break;
  case SOCK_INIT:
    if ((ret = listen(sn)) != SOCK_OK)
      return ret;
    break;
  case SOCK_CLOSED:
    if ((ret = socket(sn, Sn_MR_TCP, port, 0x00)) != sn)
      return ret;
    break;
  default:
    break;
  }
  return 1;
}


	

	最后在主函數(shù)中添加初始化并在while函數(shù)中添加函數(shù)

	
    pm25_usart2_init(9600);
    co2_usart3_init(9600);
    while (1) {
    do_mqtt();
    pm25_data_process_usart2();
    co2_data_process_usart3();
    loopback_tcps(1, ethernet_buf, 80);
    }



	

	5 功能驗證

	程序燒錄完畢，硬件連接完成如下圖所示：

	

	硬件連接完畢，上電通過串口助手打印如下信息：

	

	二氧化碳傳感器需要預熱5-10分鐘進行測試，預熱完成之后即可測試出環(huán)境空氣中CO2和PM2.5濃度含量，同步上傳到阿里云服務器和在本地網(wǎng)頁，每五秒刷新一次。

	

	6 總結

	

	本項目通過整合硬件資源、通信協(xié)議與云平臺能力，成功實現(xiàn)環(huán)境空氣質量檢測功能，驗證了 W55MH32 在物聯(lián)網(wǎng)的實用性，感謝大家的耐心閱讀！如果您在閱讀過程中有任何疑問，或者希望進一步了解這款產(chǎn)品及其應用，歡迎隨時通過私信或評論區(qū)留言。我們會盡快回復您的消息，為您提供更詳細的解答和幫助！

	

	審核編輯 黃宇