基于单片机空气质量PM2.5粉尘检测仪的设计

基于单片机空气质量PM2.5粉尘检测仪的设计

目录

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅱ)

第一章绪论 (1)

1.1 课题研究背景和意义 (1)

1.2 国内外粉尘检测仪发展现状 (1)

1.3 粉尘浓度的测量的基本方法 (2)

1.4 设计任务与要求 (2)

第二章粉尘检测仪的硬件设计 (3)

2.1 系统硬件组成 (3)

2.2 单片机部分 (3)

2.3 粉尘传感器部分 (5)

2.4 ADC0832模数转换 (6)

2.5 LCD1602显示部分 (6)

2.6 按键模块 (7)

2.7 声光警报模块 (7)

2.8 电源供电系统 (9)

第三章软件程序设计 (10)

3.1 软件开发环境介绍 (10)

3.2 程序总体设计 (10)

3.3 各个模块的程序程设计 (11)

第四章程序编译与硬件调试 (13)

4.1程序编译与下载 (13)

4.2 硬件仿真 (14)

4.3 调试调试 (15)

结论 (17)

基于单片机空气质量PM2.5粉尘检测仪的设计专业：***** 学号：***** 学生姓名：***** 指导教师：*******

摘要：自十九世纪中叶人类进入工业时代，人们便开始走向城市化发展，工业革命彻地改变了人们的生活。但随着工业的发展，大量的工业废气排入大气中，对人类的生存环境产生了严重影响。废气中粒径较小的粉尘称为雾霾，是威胁人们健康的祸首之一，每年各地都有许多人因为雾霾而患有呼吸道疾病；而粒径较大的粉尘，在同一空间浓度过高时，极易发生爆炸。为保障人们的安全，对空气中的粉尘浓度进行检测是势在必行的。

本课题设计的是空气质量检测仪，利用GP2Yl010AUOF粉尘传感器采集的模拟信号，经ADC0832模数转换为数字信号，最后由STC89C52单片机进行处理，并显示在LCD1602液晶屏上。

本设计的空气质量检测仪能够实时、准确的检测空气中的粉尘的浓度，并且具有抗干扰强、易操作、集成度高的特性。有广阔的市场应用前景，适用于日常生活和工业领域。

关键词：粉尘浓度；单片机；GP2Yl010AUOF；LCD1602

Design of PM2.5 Dust Detector Based on Single Chip

Microcomputer

Abstract:Since the middle of the 19th century, when human beings entered the industrial age, they began to move towards urbanization. The industrial revolution changed people's life thoroughly. However, with the development of industry, a large amount of industrial waste gas is discharged into the atmosphere, which has a serious impact on the living environment of human beings. The dust with small particle size in the exhaust gas is called haze, which is one of the main threats to people's health. However, dust with large particle size is prone to explode when the concentration in the same space is too high. In order to ensure people's safety, it is imperative to detect the dust concentration in the air.

In this study, GP2Yl010AUOF dust sensor converts the simulated signal of dust concentration detected by ADC0832 into digital signal, which is finally processed by STC89C52 MCU and displayed on LCD1602 LCD.

The designed air quality detector can detect the concentration of dust in the air in real time and accurately, and has the characteristics of strong anti-interference, easy operation and high integration. It has broad market application prospects and is suitable for daily life and industrial fields.

Keywords:Dust concentration; Single chip microcomputer; GP2Yl010AUOF; LCD1602

第一章绪论

1.1 课题研究背景和意义

粉尘在任何地方都是随处可见的，它是指悬浮在空气中的固体微粒。随着人类的飞速发展，工业生产和交通运输产生了大量的废气，使得空气中的粉尘浓度大大增加。空气中过量的粉尘不仅会对环境产生灾难性的影响，同时也会危害人体健康。当粒径小于200μm的粉尘到达15~20g/m3时，极其容易产生爆炸。二十世纪的美国俄亥俄州的淀粉厂发生粉尘爆炸和中国的哈尔滨纺织厂也发生了同等的粉尘爆炸事件，不仅造成了人员的伤亡，还给人们留下了不可磨灭的阴影。这些事故的发生，不仅给人类带来了生命的威胁，同样也造成了不可估量的损失。过量的粉尘不仅影响了工业生产，而且还对人体健康存在隐患。空气中粉尘直径小于2.5μm的颗粒称为PM2.5，主要由工业发电、冶金、交通工具排放尾气和二手烟产生。PM2.5直径细小，但是表面积大，而且活性强，所以极易携带有毒有害物质。当PM2.5浓度高于10μg/m3时，PM2.5容易通过呼吸方式等进入人体深处，从而引发心血管病和呼吸道疾病。曾经的毒雾事件，让伦敦整个城市被“毒气”所笼罩，致使大量的市民人死亡，无数人呼吸困难。粉尘不仅对人体危害巨大，同时对环境的污染也是不容小觑的。

为防止大气环境受到污染，营造一个健康安全的环境，加强对空气中粉尘浓度的监测是势在必行的。空气质量检测仪能够准确的检测空气中粉尘的浓度，可以更好地为环境监测部门和工业生产提供有效的保障，帮助他们及时做好防护措施。

1.2 国内外粉尘检测仪发展现状

关于PM2.5的检测，国内外都有较为丰富的技术积累，包括地面PM2.5检测技术、基于卫星遥感技术的气溶胶光学厚度结合空间聚类分析预测PM2.5的浓度等。目前，最为常见的地面PM2.5检测技术中包括以下5种为：重量法、压电晶体法、光散射法、β射线法、微量振荡天平法。经过长时间大量的比对测试，环境监测局的研究人员在研究适应我国环境的自动检测PM2.5技术领域取得了突破性进展。在国内以及美国、德国等其他国家制造的检测仪大多是利用微量振荡天平法、β射线法和重量法。利用光散射法设计粉尘传感器从而实现检测PM2.5浓度的仪器也被广泛运用。其原理是激光发射器发射的激光被空气中的粉尘反射时，粉尘的反射光强度与粉尘浓度成正比，反射光再经过光电转换器转换成光电流，最后再由光电流积分电路转换成光电脉冲数，粉尘的浓度值就是以计算的脉冲数为基准。

由于地域差异、气候条件和污染源特征等的差异，使得在国外能正常使用的设备，在国内检测粉尘浓度时会出现监测数据不准确或者是误差偏大等问题。为保证粉尘检测仪在我国的空气环境中能够正常检测，改进设备性能或拥有自主研发的技术是首当其冲的。目前我国对PM2.5浓度的检测处在起步阶段，之后仍需要开展大量的基础工作，研发出适合我国国情的检测技术和设备，以建立完善的PM2.5检测体系。