淺談部隊哨崗PM2.5的監測和防治系統的設計

沈浩　劉子震　吳忠新

摘 要 針對部隊當前固定哨位執勤過程中突遇霧霾天氣或其他致使空氣中PM2.5含量超出正常值從而危害執勤哨兵生命健康安全的狀況，加之部隊當前執勤設施應用大背景下無法有效解決此問題，鑒于此，本文主要探索部隊執勤哨位PM2.5監測與防治系統的設計與實現。本論文主要運用傳感器、單片機、自動控制等技術對如何有效地實現執勤哨位PM2.5的智能化監測及報警、如何有效地實現執勤哨位PM2.5的簡約化防范及治理進行研究。

關鍵詞 PM2.5 監測 防治

中圖分類號：R285.5 文獻標識碼：A

1研究目的

PM2.5 ，亦稱細顆粒物，是指自然狀態下大氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物。霧霾，特定氣候條件與人類活動相互作用的結果。經濟及社會活動依賴于高密度的人口分布，其必然會排放大量的細顆粒物。而一旦排放超過大氣循環能力和承載度，細顆粒物濃度將持續積聚，假如受靜穩天氣等因素影響，極易出現大范圍霧霾。近年來部隊固定哨位執勤隨著軍改浪潮不斷向著正規化、標準化、高效化以及環保化的目標前進。在官兵執勤過程中隨時可能遇見霧霾天氣或其他致使空氣中PM2.5含量超出正常值從而危害執勤哨兵生命健康安全的狀況，而部隊當前執勤設施應用條件下無法有效解決此問題。正是基于這樣一種復雜的軍地背景下，本研究主要探索部隊執勤哨位監測與防治系統的設計與實現。

2研究意義

動人心魄的數字背后折射的是大自然發出的警告，昭示我們人類需要作出改變。我們必須要向霧霾等污染宣戰，因為這是社會關注的焦點問題?，F在許多人早晨一起來，不再關注今天晴天還是陰雨天，而是打開手機查看PM2.5的含量值，這足以說明解決霧霾已經成為重大的民生問題。李克強總理談到霧霾時表示，“治理空氣污染”要上升為國家戰略。那么霧霾到底有多可怕？霧霾天氣會造成空氣質量下降，嚴重影響生態環境，給人類出行和人體健康帶來重大危害；霧霾天氣時，空氣中會帶有很多細菌和病毒，極易導致傳染病擴散和多種疾病的發生；城市中空氣污染物不易擴散，加重了一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等物質的毒性，危害行人健康；更有甚者，冬季遇霧霾天氣，若空氣污染嚴重可能形成煙塵或黑色煙霧等毒霧，嚴重威脅人的生命和健康。防范治理霧霾的腳步刻不容緩，無論是國家還是個人，都要有所行動。因此，為了體現以人為本的理念和保障執勤任務的圓滿完成，我們有必要執勤哨位的哨兵考慮霧霾天對于他們個人身體造成的不利影響，這具有十分的必要性。

3系統組成框圖

4子系統方案的選擇論證

4.1單片機的選擇

控制核心采用STC89C52系列單片機。該單片機的特點及性能是：（1）內部資源完善且操作性強，在性能上支持各模塊的功能實現無障礙。（2）內部系統可編程，無需編程器和仿真器，軟硬件調試簡單易行，高效快捷。（3）具有加密性強、超強抗干擾、超低功耗等特點。此外，52系列單片機在電子設計方面給我們帶來了很多的方便，過去近一年的專業課學習中，我對52系列單片機的了解度較其他系列單片機高得多。因此，選用此類單片機作為核心控制器，思路清晰，方法明確，能夠節約許多時間。

4.2 PM2.5監測傳感器的選擇

采用GP2Y1010AU0F粉塵檢測傳感器模塊。其特點及性能是：（1）夏普光學灰塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢測如香煙煙霧等非常細的顆粒時，是特別有效的，并且是常用的空氣凈化器系統。（2）該裝置中，一個紅外發光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。（3）該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA，11毫安典型的），可以搭載高達7VDC的傳感器。（4）輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。（5）造價較低。其原理如下圖：傳感器中心有個洞可以讓空氣自由流過，定向發射LED光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。

5工作流程

（1）根據具體空氣環境設定任意的報警最大值和二分之一最大值。

（2）實時、快速檢測空氣中粉塵濃度（即PM2.5 濃度）。

（3）當濃度超出報警二分之一最大值發出光亮警示、超出最大值時發出聲光報警。

（4）超過最大值時驅動噴灑淋浴裝置（小水泵）工作，并啟動直流電機正轉關閉哨位門窗（電機關閉門窗后即停轉）。

（5）待執勤哨位空氣環境恢復正常PM2.5值后，淋浴裝置關閉。

6調試結論

從分析進行霧霾治理后空氣中PM2.5含量值來看，該設計起到了一定的作用。一方面作用隨時間不同，除霾效果存在不同程度的差別；另一方面在室內調試實驗效果要優于室外。

綜上所述，此設計若要應在實際工作崗位上，會發揮一定的作用，但是難以保證的是其工作的穩定性。下步要在提高系統工作穩定性上多下功夫。以期達到最佳應用效果。該研究未來或在部隊執勤哨位自動化領域發揮其一定作用。

參考文獻

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