多功能霧霾檢測器的設計

曹志旭　李紅　金石　劉春雨

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

0 引言

近年來，關于長期處于粉塵含量超標的環(huán)境中而導致重大疾病產(chǎn)生的報道屢見不鮮，因此，環(huán)境中粉塵含量成為空氣質量好壞的重要標準之一。事實證明，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注。

通過霧霾檢測器與互聯(lián)網(wǎng)的有機結合，使得粉塵的濃度可以實現(xiàn)遠程檢測與監(jiān)控，通過對濃度的變化趨勢進行分析，實現(xiàn)提前預警等諸多功能，對改善空氣質量、保證人們的健康與安全具有重要現(xiàn)實意義。

1 硬件系統(tǒng)設計

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、報警模塊、WIFI模塊組成。其中，為了使系統(tǒng)能夠便于攜帶，應盡量選擇體積小、低功耗單片機作為控制芯片，將傳感器模塊所采集的相關數(shù)據(jù)進行分析處理后，將檢測結果通過顯示模塊予以顯示。當檢測結果超過設定標準時，控制模塊向報警模塊發(fā)送命令，產(chǎn)生報警提示音，提醒用戶環(huán)境出現(xiàn)潛在危險。

空氣質量檢測儀的WIFI功能，可以將所采集的數(shù)據(jù)進行無線傳輸，送至路由器與網(wǎng)絡服務器進行分析和記錄。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STC12C5A60S2作為系統(tǒng)的控制核心。STC12C5A60S2具有增強型8051內核，單時鐘機器周期。同時，具有可編程時鐘輸出功能，2個全雙工異步串行口，1個高速同步通信端口，8通道10位ADC。其內部還具有高可靠上電復位電路和硬件看門狗。由于其低廉的價格、簡單的使用方式和很強的控制、運算性能，被廣泛運用于商業(yè)設備研制。

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，可廣泛應用于空氣凈化器、新風系統(tǒng)、便攜式儀表、空氣質量監(jiān)測設備、空 調、智能家居設備等場所。

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是一個完整且自成體系的WIFI網(wǎng)絡解決方案，能夠獨立運行，此芯片具有高度片內集成，包括天線開關balun、電源管理轉換器，因此可以減少外部電路，節(jié)約空間，廣泛應用于在物聯(lián)網(wǎng)應用領域。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)，手機或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對設備的遠程控制。

（2）AP 模式：ESP8266模塊作為熱點，實現(xiàn)手機或電腦直接與模塊通信，實現(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)設計

在軟件設計中預留霧霾氣體標準，在系統(tǒng)初始化后，霧霾傳感器開始檢測數(shù)據(jù)并進行輸出，并控制器將此數(shù)據(jù)與設定值進行比較，當設定值高于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并繼續(xù)檢測，當設定值低于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并通過WIFI模塊發(fā)出警報，繼續(xù)測量，直到關閉。

3 結語

此多功能霧霾檢測器，在技術上涉及單片機、無線通信、光電檢測等技術。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)硬件設計和軟件流程設計。可以預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，與同類產(chǎn)品比較其性價比較高。

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