PM2.5粉尘颗粒检测仪的研制

PM2.5粉尘颗粒检测仪的研制
【摘要】PM2.5粒径小，含有大量的有毒、有害物质，严重影响人体健康。

PM2.5粉尘颗粒的即时检测，是有效防治PM2.5污染的前提和重要保障。

本文介绍了PM2.5粉尘颗粒检测仪的研制方法，主要包括设计原理、结构组成、技术指标等。

【关键词】PM2.5；灰尘传感器；单片机；A/D转换
1.引言
PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。

PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响很大。

据有关部门统计调查显示，2012年北京、上海因PM2.5污染分别造成早死人数为2349、2980人，分别占当年死亡总人数的比例为1.9%、1.6%，经济损失分别为18.6、23.7亿元。

而2012年北京、上海因交通意外死亡人数分别为974人和1009人。

可见，PM2.5对人类的危害极大。

PM2.5粉尘颗粒的即时检测，是有效防治PM2.5污染的前提和重要保障。

为此，本文介绍了PM2.5粉尘颗粒检测仪的研制方法，主要包括设计原理、结构组成、技术指标等。

PM2.5粉尘颗粒检测仪可用于：室内、汽车内空调排风口粉尘浓度检测；环保监测部门大气飘尘检测，污染源调查；建筑或爆破等生产现场粉尘浓度的测定；精密仪器等高清洁生产环境的空气检测等。

2.PM2.5粉尘颗粒检测仪的设计原理
PM2.5粉尘颗粒检测仪设计原理如下：灰尘传感器实时的检测空气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物的含量，并根据含量比例输出模拟电压信号，该信号经过A/D转换后，由单片机进行采集、计算、数据处理后，在LED显示屏上，显示出PM2.5的数值。

当PM2.5超过仪器设定值时，产生声光报警，并存储当前PM2.5值和时间参数等。

3.PM2.5粉尘颗粒检测仪的结构组成
PM2.5粉尘颗粒检测仪（如图1）由单片机、灰尘传感器单元、用户输入单元、A/D转换单元、LED显示屏、电源单元、监控复位单元、时钟单元和报警单元等九部分构成。

图1 项目方案简图
3.1 灰尘传感器单元
日本SHARP灰尘传感器GP2Y1010AU0F是一款光学空气质量传感器，设计用来感应空气中的尘埃粒子，其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，通常在空气检测系统中应用。

该传感器具有非常低的电流消耗（最大20mA，典型值11mA），可使用高达7VDC。

该传感器输出为模拟电压，其值与粉尘浓度成正比。

可测量0.8微米以上的微小粒子，体积小，重量轻。

3.2 用户输入单元
系统的用户输入单元有6个按键组成，分别为“系统设置键”、“确定键”、“灰尘浓度上限加10键”、“灰尘浓度上限加100键”、“灰尘浓度上限减10键”与“灰尘浓度上限减100键”。

这几个按键用于设置PM2.5上下限报警值，其中，“系统设置键”用于告诉系统进入中断，设置灰尘浓度超限值；“设置键”用于选择设置上下限值；“确定键”用于告知系统设置完成。

3.3 A/D转换单元
A/D转换单元采用A/D转换器ADC0809对传感器单元测定的模拟量数据进行转换，转换成中央处理单元能够识别处理的数字量。

3.4 中央处理单元
中央处理单元采用AT89C51微处理单元，进行采集、计算、数据处理产生浓度结果数据，并对数据结果进行超限比较。

当被测气体的浓度超过设定的报警下限时，仪器产生声光报警，并在显示屏上显示当前PM2.5的值，同时保存数据结果。

3.5 电源单元
电源单元负责为系统的其他单元供电，其中传感器单元不但需要工作电压，还需要加热电压，使气室维持一个理想的温度，使测量结果尽量准确。

3.6 声光报警单元
声光报警单元由蜂鸣器与发光二极管组成。

当测量气体达到报警上下限时，发光二极管亮，蜂鸣器发出短促不连续响声。

4.PM2.5粉尘颗粒检测仪的技术指标
PM2.5粉尘颗粒检测仪的主要技术指标：浓度测量范围：（0.5～1000）mg/m3；采样流量：2L/min；采样流量误差：≤2.5%；稳定性相对误差：±2.5%；测量误差：≤10%；显示方式：数码LED。

5.结束语
PM2.5粉尘颗粒检测仪主要适用于工矿企业劳动部门防尘监测、卫生检疫检测、环境环保检测（污染源调查）、市政监烟、现场工厂环境、车间粉尘浓度测定、排气口粉尘浓度监测、临时在线除尘/造粒工艺研究总浓度检测、煤矿井下作业场所的总粉尘、呼吸性粉尘、煤尘安全检测等。

该系统具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。

参考文献
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