多功能霧霾檢測器的設(shè)計(jì)

曹志旭　李紅　金石　劉春雨

中圖分類號： X851 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0044-002

0 引言

近年來，關(guān)于長期處于粉塵含量超標(biāo)的環(huán)境中而導(dǎo)致重大疾病產(chǎn)生的報(bào)道屢見不鮮，因此，環(huán)境中粉塵含量成為空氣質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。事實(shí)證明，粉塵在很大程度上正在威脅著人們的健康和安全，如何能快速有效的避免粉塵污染對環(huán)境和人類的危害，這也使人們對于粉塵濃度的檢測開始了關(guān)注。

通過霧霾檢測器與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，使得粉塵的濃度可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測與監(jiān)控，通過對濃度的變化趨勢進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警等諸多功能，對改善空氣質(zhì)量、保證人們的健康與安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于紅外激光的多功能霧霾檢測器由控制模塊，粉塵檢測模塊，顯示模塊、報(bào)警模塊、WIFI模塊組成。其中，為了使系統(tǒng)能夠便于攜帶，應(yīng)盡量選擇體積小、低功耗單片機(jī)作為控制芯片，將傳感器模塊所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，將檢測結(jié)果通過顯示模塊予以顯示。當(dāng)檢測結(jié)果超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，控制模塊向報(bào)警模塊發(fā)送命令，產(chǎn)生報(bào)警提示音，提醒用戶環(huán)境出現(xiàn)潛在危險(xiǎn)。

空氣質(zhì)量檢測儀的WIFI功能，可以將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，送至路由器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行分析和記錄。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 霧霾檢測器系統(tǒng)框圖

1.1 控制模塊選擇

選擇STC公司的8位單片機(jī)STC12C5A60S2作為系統(tǒng)的控制核心。STC12C5A60S2具有增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時(shí)鐘機(jī)器周期。同時(shí)，具有可編程時(shí)鐘輸出功能，2個(gè)全雙工異步串行口，1個(gè)高速同步通信端口，8通道10位ADC。其內(nèi)部還具有高可靠上電復(fù)位電路和硬件看門狗。由于其低廉的價(jià)格、簡單的使用方式和很強(qiáng)的控制、運(yùn)算性能，被廣泛運(yùn)用于商業(yè)設(shè)備研制。

1.2 粉塵檢測模塊選擇

粉塵檢測模塊選用ZH03A激光PM2.5粉塵傳感器。此傳感器是一個(gè)通用性、小型化模組。 利用激光散射原理，對空氣中存在的粉塵顆粒物進(jìn)行探測，具有良好的選擇性、穩(wěn)定性。ZH03A激光粉塵傳感器模組具有數(shù)字輸出和模擬輸出，方便使用，體積小，便于集成，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)、便攜式儀表、空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備、空 調(diào)、智能家居設(shè)備等場所。

1.3 WIFI模塊選擇

通過對多種WIFI模塊的比較，最后選擇安信可科技公司的ESP8266作為本系統(tǒng)的WIFI模塊。

ESP8266是一個(gè)完整且自成體系的WIFI網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨(dú)立運(yùn)行，此芯片具有高度片內(nèi)集成，包括天線開關(guān)balun、電源管理轉(zhuǎn)換器，因此可以減少外部電路，節(jié)約空間，廣泛應(yīng)用于在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。此模塊有三種模式：

（1）STA 模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機(jī)或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

（2）AP 模式：ESP8266模塊作為熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)或電腦直接與模塊通信，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。

（3）STA+AP 模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制可實(shí)現(xiàn)無縫切換，方便操作。

1.4 顯示模塊

顯示模塊的功能是對粉塵濃度及報(bào)警信息予以顯示。通過對比，最終選擇了TFT液晶屏作為顯示模塊。TFT可以做到高速度、高對比度、高亮度顯示屏幕信息。可以16位真彩色RGB顯示，并且支持按鈕控件、進(jìn)度條控件、文本控件、指針控件等多種組態(tài)控件，支持BMP、JPG、JPEG等多種圖片格式。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中預(yù)留霧霾氣體標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)初始化后，霧霾傳感器開始檢測數(shù)據(jù)并進(jìn)行輸出，并控制器將此數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)設(shè)定值高于當(dāng)前值時(shí)，通過顯示模塊顯示當(dāng)前值并繼續(xù)檢測，當(dāng)設(shè)定值低于當(dāng)前值時(shí)，通過顯示模塊顯示當(dāng)前值并通過WIFI模塊發(fā)出警報(bào)，繼續(xù)測量，直到關(guān)閉。

3 結(jié)語

此多功能霧霾檢測器，在技術(shù)上涉及單片機(jī)、無線通信、光電檢測等技術(shù)。通過多方面的研究，我們已經(jīng)完成了對元器件的選擇，對系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)。可以預(yù)見多功能霧霾檢測器具有操作簡單，功能豐富，性能可靠的特點(diǎn)，與同類產(chǎn)品比較其性價(jià)比較高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李雪莉，刁振琪.基于單片機(jī)的霧霾檢測器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（16）：249-250.

[2]丁鉞洋.一種霧霾檢測器的研究與設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2016（11）.

[3]豐源.一種便攜式霧霾檢測器的設(shè)計(jì)[J].科技展望，2015（27）.

[4]王曉娜，張昕昱，宋世德，等.一種簡易霧霾檢測儀的研究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2017，30（3）：76-79.