stm32的pm2.5的测量与报警系统设计(附件)【字数：8864】
如今已是21世纪，人类的工业水平不断在提高，但往往都有两面性，与之一起到来的则为环境的破坏。比如我国近年也有很多城市出现雾霾，例如，2015年北京出现了严重雾霾，这一年呼吸科患者达到了以往的3-5倍，我国河北省南部的邢台，近几年PM2.5指数一直很高，影响着人们的呼吸健康。当然现在高科技的迅速发展，给人们生活、工作等带来了很多便利，特别是单片机技术，它运用的范围很广，在传感装置中采用较多，并且现在越来越小型化，多样化。本次设计主要以STM32单片机为核心板，用GP2Y粉尘传感器，采集被测环境中PM数据，采集到的数据送给STM32核心板，用芯片的控制功能，将它的数据计算处理，并且传送到显示器上显示数据。 利用此设计可便于人们随时检测周边环境的空气质量，改善人们的周围环境，提高身体素质，具有实用价值。此设计操作简单，调节方便，小巧低价，性能较好。
目录
一、引言 5
二、 设计的产生 6
（一）设计的背景及意义 6
（二） 测量PM2.5的方法 6
三、 电路的硬件部分设计 7
（一）硬件电路的总设计 7
（二）供电电路设计 7
（三） 采集电路的设计 8
（四） 液晶显示模块设计 10
（五） 发光报警电路设计 15
（六） 单片机最小系统设计 17
四、 电路的软件部分设计 20
（一） 开发环境 20
（二）主程序设计 20
（三）中断程序设计 20
五、 系统调试 23
（一） 板面焊接 23
（二）软硬件调试 23
六、总结 26
致谢 26
参考文献 27
附录A 28
附录B 32
附件C 33
一、引言
依着时代的发展以及科技的进步，人们的生活质量在不断的提升，但同时空气中存在的各种有毒气体的含量也在持续不断地增多，例如：如今每家每户基本已经都有了私家车，当汽车点火启动的时候，存在着汽油的燃烧，在汽油燃烧过程中产生的有毒气体会通过汽车的排气管将气体排出，然而排放气体中不仅存在着我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
们用肉睛可以看得见的有害烟雾，还存在着用眼睛看不到的PM2.5指数以及重金属有毒颗粒。以及我们一直生活的空间里存在的甲醛和周围吸烟人群所产生的有害气体。像在这几类中的PM2.5、PM0.3、PM0.1等有毒气体都影响着我们的呼吸。所以在我们现在生活的世界里是无法闻到完全新鲜的空气，甚至这些有害气体会对我们的生活以及人生健康造成一定的危害。
现如今我们对环境与身体素质的关注度不断提高，当然我国现在的单片机技术是越来越强，不断地改善芯片，让芯片的功能变得越来越多，而体积越来越小。所以也利用了单片机技术制造了很多的PM值检测仪器，利用此类仪器来检测空气中PM值的含量，来预防PM值对身体的伤害。
对于本次设计，主要是测量PM2.5，STM32单片机则为核心板，与PM粉尘传感器、LED1602显示屏、蜂鸣器等组成的PM2.5粉尘密度检测装置。利用STM单片机的控制技术与GP2Y粉尘传感器的感应技术测出环境中PM2.5的含量。通过对被测周围环境中PM值的检测，将采集后的数据进行转换与计算，读取到该数据，再通过显示屏显示。此次设计的元件成本较低，完成后的板子体型较小，而且操作起来并不繁琐。
二、 设计的产生
（一）设计的背景及意义
随着时代的发展科技在不断的提升，从而使人们对生活健康以及生活的质量都有着极高的向往。特别是遇到雾霾天气，在雾蒙蒙的天气中会造成交通的不方便，这种气体中就包含着PM2.5的成分，经检测这种成分颗粒小、重金属、可入肺、可携带病毒并且肉眼是看不见的。人一旦吸入这种颗粒会导致呼吸系统的发病率升高以及影响人的神经系统等各种危害。我们无法彻底杜绝有害气体的吸入，因此需要提前知道该空气中的有毒气体的浓度，做好预防措施。
本设计是利用单片机的控制技术与粉尘传感器的感应技术对被测环境中的PM2.5值进行测量，将粉尘传感器所采集到的数据进行AD模数转换，再通过芯片计算，最后由LCD去显示数据，显示出来的数据则为当前被测环境下的PM2，5浓度值，来提醒我们做好预防措施来保护我们的身心健康。
测量PM2.5的方法
测量PM2.5的方式一般有重量法、β射线吸收法、微量震荡天平法与光散射法。
重量法：这种方法是必须先采集PM2.5，接下来用滤膜去截留，最后再称下它的重量。这种方法的缺陷是需要人工去操作，过程比较繁琐。
β射线吸收法：此种方法的实现是注重于运用β射线，用β射线照射需要测量的空气环境，一旦在被测的环境中存在着PM含量,射线照到PM2.5就会被它衰减。而衰减的程度正好与它的重量有个正比的关系。这个方法的缺陷是在实现时候会造成部分能源损耗，所以并不是非常的准确。
微量震荡天平法：它是让呈现于滤膜上的PM2.5含量，按一定的频率去震荡，利用震荡频率与PM重量的计算公式来计算出PM2.5的浓度值。这种方法和重量法有一定的相似程度，但比上两种更加的适用。
光散射法：每一个存在的物体都会折射太阳光，此方法就是利用PM颗粒对发出光的散射，来确定被测环境中PM含量的浓度。此方法的操作简单、测量迅速、准确度高、适用性广。
GP2Y1051AU0F粉尘传感器是本设计所用来采集数据的主要元器件，此元器件进行PM2.5测量时是运用了光散射法。当被测环境中有PM2.5颗粒时，传感器就会对此发射LED光，而粉尘散射出来的光会射入光接收元件，然后作为电压信号输出。
三、电路的硬件部分设计
（一）硬件电路的总设计
STM32单片机是此设计的主要核心之一，STM32单片机包含了采集模块、控制模块以及显示模块；串口输入端作为电路的采集模块，单片机是作为电路的控制模块，液晶显示则是作为电路的显示模块。本设计是通过PM2.5粉尘传感器对被测环境中的PM2.5的数据采集，将所采集到的模拟信息转换成数字信息，并将数据信息传送给控制电路进行分析处理，最终通过液晶显示屏将我们所测量的当前数据呈现出来。系统框架如图21。
目录
一、引言 5
二、 设计的产生 6
（一）设计的背景及意义 6
（二） 测量PM2.5的方法 6
三、 电路的硬件部分设计 7
（一）硬件电路的总设计 7
（二）供电电路设计 7
（三） 采集电路的设计 8
（四） 液晶显示模块设计 10
（五） 发光报警电路设计 15
（六） 单片机最小系统设计 17
四、 电路的软件部分设计 20
（一） 开发环境 20
（二）主程序设计 20
（三）中断程序设计 20
五、 系统调试 23
（一） 板面焊接 23
（二）软硬件调试 23
六、总结 26
致谢 26
参考文献 27
附录A 28
附录B 32
附件C 33
一、引言
依着时代的发展以及科技的进步，人们的生活质量在不断的提升，但同时空气中存在的各种有毒气体的含量也在持续不断地增多，例如：如今每家每户基本已经都有了私家车，当汽车点火启动的时候，存在着汽油的燃烧，在汽油燃烧过程中产生的有毒气体会通过汽车的排气管将气体排出，然而排放气体中不仅存在着我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
们用肉睛可以看得见的有害烟雾，还存在着用眼睛看不到的PM2.5指数以及重金属有毒颗粒。以及我们一直生活的空间里存在的甲醛和周围吸烟人群所产生的有害气体。像在这几类中的PM2.5、PM0.3、PM0.1等有毒气体都影响着我们的呼吸。所以在我们现在生活的世界里是无法闻到完全新鲜的空气，甚至这些有害气体会对我们的生活以及人生健康造成一定的危害。
现如今我们对环境与身体素质的关注度不断提高，当然我国现在的单片机技术是越来越强，不断地改善芯片，让芯片的功能变得越来越多，而体积越来越小。所以也利用了单片机技术制造了很多的PM值检测仪器，利用此类仪器来检测空气中PM值的含量，来预防PM值对身体的伤害。
对于本次设计，主要是测量PM2.5，STM32单片机则为核心板，与PM粉尘传感器、LED1602显示屏、蜂鸣器等组成的PM2.5粉尘密度检测装置。利用STM单片机的控制技术与GP2Y粉尘传感器的感应技术测出环境中PM2.5的含量。通过对被测周围环境中PM值的检测，将采集后的数据进行转换与计算，读取到该数据，再通过显示屏显示。此次设计的元件成本较低，完成后的板子体型较小，而且操作起来并不繁琐。
二、 设计的产生
（一）设计的背景及意义
随着时代的发展科技在不断的提升，从而使人们对生活健康以及生活的质量都有着极高的向往。特别是遇到雾霾天气，在雾蒙蒙的天气中会造成交通的不方便，这种气体中就包含着PM2.5的成分，经检测这种成分颗粒小、重金属、可入肺、可携带病毒并且肉眼是看不见的。人一旦吸入这种颗粒会导致呼吸系统的发病率升高以及影响人的神经系统等各种危害。我们无法彻底杜绝有害气体的吸入，因此需要提前知道该空气中的有毒气体的浓度，做好预防措施。
本设计是利用单片机的控制技术与粉尘传感器的感应技术对被测环境中的PM2.5值进行测量，将粉尘传感器所采集到的数据进行AD模数转换，再通过芯片计算，最后由LCD去显示数据，显示出来的数据则为当前被测环境下的PM2，5浓度值，来提醒我们做好预防措施来保护我们的身心健康。
测量PM2.5的方法
测量PM2.5的方式一般有重量法、β射线吸收法、微量震荡天平法与光散射法。
重量法：这种方法是必须先采集PM2.5，接下来用滤膜去截留，最后再称下它的重量。这种方法的缺陷是需要人工去操作，过程比较繁琐。
β射线吸收法：此种方法的实现是注重于运用β射线，用β射线照射需要测量的空气环境，一旦在被测的环境中存在着PM含量,射线照到PM2.5就会被它衰减。而衰减的程度正好与它的重量有个正比的关系。这个方法的缺陷是在实现时候会造成部分能源损耗，所以并不是非常的准确。
微量震荡天平法：它是让呈现于滤膜上的PM2.5含量，按一定的频率去震荡，利用震荡频率与PM重量的计算公式来计算出PM2.5的浓度值。这种方法和重量法有一定的相似程度，但比上两种更加的适用。
光散射法：每一个存在的物体都会折射太阳光，此方法就是利用PM颗粒对发出光的散射，来确定被测环境中PM含量的浓度。此方法的操作简单、测量迅速、准确度高、适用性广。
GP2Y1051AU0F粉尘传感器是本设计所用来采集数据的主要元器件，此元器件进行PM2.5测量时是运用了光散射法。当被测环境中有PM2.5颗粒时，传感器就会对此发射LED光，而粉尘散射出来的光会射入光接收元件，然后作为电压信号输出。
三、电路的硬件部分设计
（一）硬件电路的总设计
STM32单片机是此设计的主要核心之一，STM32单片机包含了采集模块、控制模块以及显示模块；串口输入端作为电路的采集模块，单片机是作为电路的控制模块，液晶显示则是作为电路的显示模块。本设计是通过PM2.5粉尘传感器对被测环境中的PM2.5的数据采集，将所采集到的模拟信息转换成数字信息，并将数据信息传送给控制电路进行分析处理，最终通过液晶显示屏将我们所测量的当前数据呈现出来。系统框架如图21。
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