基于單片機(jī)的PM2.5濃度檢測儀的設(shè)計(jì)

薛榮坤

摘要：該文采用AT89S52芯片為控制主芯片，由粉塵傳感器測量所測空間中的粉塵濃度，并最終由LCD模塊顯示所測空間中的粉塵濃度。當(dāng)所測空間中的粉塵濃度達(dá)到事先設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器啟動報(bào)警，并且點(diǎn)亮相對應(yīng)的LED燈，讓使用者知道當(dāng)前的污染級別。該系統(tǒng)簡單可靠、穩(wěn)定性高，調(diào)試方便，對當(dāng)前的生產(chǎn)生活具有一定的實(shí)踐和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：霧霾;單片機(jī);傳感器

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）14-0256-02

1引言

科學(xué)技術(shù)就像一把雙刃劍，它能夠滿足人類日益增加的物質(zhì)和文化需求的同時(shí)，也給人類生產(chǎn)生活帶來了不利的影響，例如霧霾天氣，作為21世紀(jì)的新生產(chǎn)物，它給我們身體健康和生存環(huán)境產(chǎn)生了不小的影響，據(jù)世界衛(wèi)生組織所發(fā)布的公告顯示，目前人類受到可吸入顆粒物的危害前所未有，其中高污染城市居民死亡率與相對清潔城市居民死亡率相比較，前者高于后者15%-20%，如1952年倫敦?zé)熿F事件，倫敦殺人霧在四天內(nèi)奪走了4000多條人命;還有2013年初北京肆虐橫行的霧霾事件，令人觸目驚心。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)學(xué)專家發(fā)現(xiàn)，人類所特有的生理結(jié)構(gòu)沒有能力過濾和阻攔PM2.5，其對人類的威脅越來越嚴(yán)重，最終與氣象專家一致認(rèn)為，霧霾天氣中所含的細(xì)小顆粒物給人類帶來的危害可能比沙塵暴帶來的危害更大，所以，對于我們?nèi)祟悂碚f，對當(dāng)前的PM2.5的監(jiān)測與治理迫在眉睫。

2硬件電路

本文所提出的PM2.5濃度檢測儀的設(shè)計(jì)電路是由單片機(jī)、傳感器、LCD顯示、污染級別提醒電路等模塊構(gòu)成，首先在報(bào)警電路中設(shè)計(jì)一個(gè)閾值（可以通過鍵盤電路手動調(diào)節(jié)），然后由粉塵傳感器采集所測空間中細(xì)顆粒濃度，經(jīng)AT89C52單片機(jī)處理后，顯示在LCDl602液晶屏上，當(dāng)檢測到的細(xì)顆粒濃度值超過事先設(shè)置的報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器自動報(bào)警，原理圖如圖1所示。

該設(shè)計(jì)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對所測空間PM2.5的濃度的實(shí)時(shí)檢測，并且還可以驅(qū)動報(bào)警電路和點(diǎn)亮相對應(yīng)的LED燈，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警級別的判斷，其PM2.5的濃度范圍、燈亮及環(huán)境等級判斷標(biāo)準(zhǔn)具體如表1所示。

2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)就是以單片機(jī)為主芯片模塊，其他為輔助模塊，最終使單片機(jī)系統(tǒng)能夠正常工作的最少元件所構(gòu)成的系統(tǒng)電路。常用5l單片機(jī)系列最小系統(tǒng)一般由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入/輸出等設(shè)備構(gòu)成。

2.2粉塵傳感器電路

系統(tǒng)中的粉塵傳感器采用GP2Y1010AU芯片，該芯片根據(jù)所測空間顆粒濃度大小，將其變?yōu)橄鄬?yīng)的模擬電壓，其值與粉塵濃度成正比，然后經(jīng)過A/D模塊，變?yōu)閿?shù)字信息，最終在LCD模塊上顯示。

2.3 LCD顯示模塊

系統(tǒng)中的顯示模塊采用LCDl602顯示器。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有色彩飽和度，還原能力和的對比度高等優(yōu)點(diǎn)，并且不需要驅(qū)動電路。

3軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1主程序設(shè)計(jì)

首先初始化，進(jìn)行判斷檢測是否需要按下設(shè)置鍵，要是需要，先進(jìn)行報(bào)警值更改，否則對控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換計(jì)算濃度值，接著進(jìn)行報(bào)警值的判斷，若大于報(bào)警值報(bào)警，觸發(fā)蜂鳴器響起并亮起指示燈，否則對應(yīng)的濃度范圍的LED燈亮起，最終在LCD上顯示當(dāng)前濃度值，最后回到設(shè)置鍵，進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。

3.2主要子函數(shù)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)除了主程序外，還定義了一些自定義函數(shù)，方便主程序調(diào)用，主要有初始化程序、顯示函數(shù)、報(bào)警顯示、報(bào)警子函數(shù)、按鍵檢測函數(shù)、A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)、中值濾波等。

4應(yīng)用與結(jié)果分析

本設(shè)計(jì)主要可用于室內(nèi)和室外的空氣質(zhì)量（主要是PM2.5）的檢測，可調(diào)節(jié)的報(bào)警濃度設(shè)計(jì)，可以長期用來檢測空間中的PM2.5濃度。例如：辦公室的空氣檢測和提醒、公共場合控?zé)?、空調(diào)和通風(fēng)口處等公共場所的PM2.5監(jiān)測。以下是對我們常見生活場景的檢測結(jié)果，具體如表2所示。的值相對較低，中午時(shí)間PM2.5的值偏高;辦公室一天之中PM2.5的值偏高，并且基本保持不變，原因可能是人員流動陛大的時(shí)候，PM2.5的值升高。

生活中應(yīng)對霧霾可采取的措施有：（1）霧霾天氣少開窗，最好不出門或晨練;（2）外出穿戴專業(yè)防塵口罩;（3）多吃一些木耳、豬血、等潤肺的食物，并且多吃一些梨，枇杷等潤肺的水果;（4）少量補(bǔ)充維生素D;（5）飲食清淡多喝蜂蜜水;6.盡量減少吸煙甚至不吸煙。

5結(jié)論

隨著霧霾天氣變得越來越嚴(yán)重，我們有理由且有必要采取一些措施來改善我們身邊空氣中的PM2.5指標(biāo)。本設(shè)計(jì)就是基于這點(diǎn)，制作一個(gè)經(jīng)濟(jì)、簡單且實(shí)用的多功能PM2.5濃度檢測儀，應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，從而提高我們的生產(chǎn)、生活質(zhì)量。