家用空氣質量檢測儀設計紹

徐韜 徐晶

課題設計主要是利用單片機作為微處理器，以單片機為核心并與粉塵傳感器以及其他電路相結合，進而實現相應的功能。以AT89S52單片機為核心，ADC0832模/數轉換器、PM2.5粉塵傳感器GP2Yl010AUOF和LCD1602顯示屏等組成的粉塵濃度檢測系?統。它的具體實現過程：首先，對當前的環境進行監測，這樣就實現了PM2.5的采集；然后轉換裝置通過顯示裝置LCD液晶顯示器，進行結果展示。通過這種方式，來達到對環境的檢測監控作用。該系統的電路也比較簡單，具有一定的使用價值。

1.系統總體設計方案

本裝置設計系統是由控制模塊、采集模塊、顯示模塊、數模轉換模塊四大部分組成的，通過各個模塊間的相互配合來實現系統所要實現的功能，達到預期所期待的效果。

2.系統硬件總體設計

本次設計系統主要通過PM2.5灰塵傳感器對空氣中的細小顆粒進行感應，并將感應結果進行模擬量與數字量之間的相互轉換，最后在LCD液晶顯示器上顯示出檢測的結果。

PM2.5灰塵傳感器：此傳感器能夠實現對空氣中的顆粒進行感應的效果，然后可以將感應到的信號傳給A/D轉換電路。

A/D轉換電路：裝換電路接收到傳感器傳來的信號之后，就可以進行模擬量與數字量之間的轉化，轉換完之后進行下一步。

按鍵電路：系統通過按鍵電路，在按鍵電路的作用下，對系統做出調整。

單片機最小系統：單片機最小系統是控制電路的核心，它能夠很好的實現程序的輸出、程序的控制以及通訊等一些功能，在設計中會得到很好的應用。

報警電路：當系統出現問題的時候，報警電路就會起到重要的作用，及時的報警，方便我們更快的采取相應的措施。

顯示液晶：經過處理之后，所要得到的系統數據都要通過液晶顯示器顯示出來，同時便于我們觀察數據。

供電電路：是起到對整個系統提供電源的作用，如果沒有供電電路則整個系統都不能正常運行。

2.1單片機最小系統

單片機的最小系統是一個體積非常小，質量很輕的電腦設備，它具有控制電腦設備的核心作用，此小小的系統能夠讓單片機正常的運行，很好的發揮它所具有的作用，在整個系統中可以很好的實現它的價值。

2.2采集電路設計

本系統采集電路的設計是采用夏普GP2Yl010AUOF型號的傳感器采集到空氣中的細小的灰塵顆粒，然后采用PNP三極管驅動傳感器上的LED端進行顯示，所得到的結果再經過模數轉換器轉換之后傳給單片機。GP2Yl010AUOF是一種利用光電的原理來測定空氣的質量是否達標的一種傳感器，其中發光二極管發射光線，然后再經過晶體管進行接收，從而引起了電壓在數值上的變化。與此同時，傳感器里的空氣傳導設備就會起到使空氣流通的作用。

2.3液晶顯示電路設計

單片機采集到模擬信號后，經過單片機運算處理，在液晶LCD1602上面顯示出計算測量到的PM2.5濃度值。

2.4報警電路設計

報警電路采用蜂鳴器，三極管9012驅動，和單片機的P1.5相連接，當P1.5口為高電平，蜂鳴器不報警，當P1.5口為低電平，并且帶有LED二極管發光，蜂鳴器報警。同時還可以手動通過按鍵來調節PM2.5的最高濃度值。

3.軟件設計

軟件功能的實現基本按照硬件功能的劃分設計，主要功能分為：系統初始化時的應用模塊，驅動時應用的傳感器模塊，模擬信號和數字信號相互轉換的模塊，PM2.5數值計算和顯示數據等一些模塊。軟件部分設計好了之后，在系統上通過LCD1602液晶顯示器顯示出PM2.5的值。

3.1開發環境

Keil C軟件是一個很強大，非常適用的仿真調試軟件，此軟件是在一個很大的集成開發環境下把c語言編譯器、匯編的程序、調試器、還有連接器組建在一起，通過這些元件間的相互配合和聯系，從而實現其應有的功能，在設計的過程中應用該軟件也可以減少不必要的麻煩。

3.2主體程序設計

3.2.1主程序設計

主程序的基本流程為：首先要做的是對各元件進行初始化的操作，把應用的各個器件恢復到最原始的狀態，只有都做到清零，然后才能開始進行接下來的操作。采集通過A/D數模轉換器所輸出的結果，在通過單片機準確無誤的計算出空氣PM2.5的濃度值。

3.2.2中斷程序設計

本設計系統采用的定時器中斷是為了能夠做到驅動粉塵傳感器的效果，定時器1中斷設定工作在方式1，每次進入中斷后需要不斷地進行重新的賦值.

4.系統的調試

在設計的過程中，發現硬件設計或者是軟件程序編寫過程中的錯誤，需要不斷完善的地方就是屬于系統調試，并且對這些不足的地方及時加以修改和完善。

4.1硬件調試

通常在做硬件的調試時，給設備焊接時出現的問題是造成硬件設備的缺陷的主要原因，在焊接時一定要注意很多細小的問題，在焊接小的零件時要注重細節，如果因為一個零件的不小心連錯了位置，那么將會造成整個系統的紊亂，而焊接問題的表現主要有以下幾種：

（1）焊錫時出現連橋。什么是焊錫連橋，用比較通俗的話來說就是我們使用焊錫時如果焊接的位置不合適，所發生的短路的現象。

（2）冷焊。如果我們在焊錫的過程中，不能使焊錫充分地進行融化，那么就非常容易出現焊錫連接不緊密的現象，這樣就會導致導電的作用不是很好，從而造成硬件調試不出來。

（3）焊錫時，在焊點表面有的時候也會形成十分尖銳的突起的小尖，這主要是因為在焊錫的時候，對焊工的操作掌握還是不夠熟練所造成的結果。

（4）當焊錫如果使用過量時，則會導致焊點的焊錫都堆積在一起等問題；焊錫如果使用量過少，那么將出現不能完全包裹焊點的現象，這樣量的或多或少都會給焊錫時帶來不必要的麻煩，所以在焊錫時，對焊錫的用量適量最好。

4.2軟件的調試

本系統的設計用的是C語言軟件程序，并通過C語言對單片機進行操作的控制，在設計全部完成之后，要通過調試軟件把編制的程序進行測試并對整個系統的設計進行調試，觀察一下是否有不正常或者是錯誤的現象，調試是一個反復操作的過程，通過調試的過程能夠發現編寫的程序中存在的錯誤，并進行修改。

（作者單位：長春師范大學）