pm2.5浓度测试仪的设计
随着社会的飞速进步，加上人类对自然生态的破坏，导致我们生活的环境质量逐渐降低，因此对于保护生态的呼声愈发强烈。长时间吸收对人体有害气体，免疫力会逐渐下降，为疾病创造良好的生存环境。在产品生产过程中，还产生了许多对人体有害的物质，例如煤灰挖掘和石灰生产等行业空气污染。为保障人体健康，必须对环境进行检测，采用先进的技术检测及报警以寻找相应的对环境的改善措施 。本设计基于STC89C51，结合了单片机操作与粉尘感应技术，目的是收集空气粒度检测。A/D转换后，经过NRF24L01无线模块一对一把数据传送到接收的液晶显示屏上，来判断浓度是否超标，如果浓度超标报警器会报警。本设计能够检测空气质量，布线成本低，方便移动。该系统工作稳定、高度集成、调试方便、测试精度高、具有一定使用价值。
【KEY WORD】: STC89C51 NRF24L01 PM2.5 Wireless transmission 目 录
一、引言 1
（一）课题背景及意义 1
（二）国内外研究现状 1
二、系统总体设计 2
（一）系统方案设计 2
（二）方案论证及设计 3
三、系统的硬件设计 4
（一）单片机 4
（二）PM2.5粉尘传感器 7
（三）模数转换ADC0832 10
（四）无线模块 11
（五）LCD1602液晶显示屏 14
（六）按键模块电路 17
（七）报警电路（蜂鸣器） 17
四、系统的软件设计 18
（一）系统总体软件设计 18
（二）NRF24L01无线通信模块软件设计 18
（三）PM2.5粉尘传感器软件设计 20
（四）中断程序设计 20
五、制作与调试 21
（一）实物制作与调试 21
（二）软件程序制作与调试 22
（三）成品功能测试 22
总结 25
参考文献 26
致谢 27
附录 28
一、引言
（一）课题背景及意义
生活中，人们常常能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
接触到PM2.5，又称为细粒颗物。由于呼吸系统深处是一个敏感的环境，一旦接触了PM2.5，沉积在肺泡中，便会造成恶劣影响。引起人体系统疾病，像咳嗽，支气管炎，慢性支气管炎和慢性阻塞性肺病。除此之外，细小颗粒还会携带“危险品”，使其自由地进入呼吸系统，细菌，病毒等致病物质，导致身体内部造成感染。更多研究发现，新出生的婴儿可能会因为高浓度颗粒物的影响从而阻碍生长发育，以及会对预产期造成危害，导致婴儿死亡率提高，体弱多病，胎儿宫内成长缓慢和天生缺陷等等。
PM2.5是日常发电，工业生产和废气排放中的燃烧残余物的主要来源，特别是在一些具有许多PM2.5颗粒的工厂中。有很多灰尘会提高粉尘危害导致事故发生，人们呼吸的空气也并非那么的安全，出行的人们因为PM2.5而不得不戴上防霾口罩。室外能见度又非常低，繁华的城市里，一幢幢的高楼大厦，本就车水马龙的街道仿佛世界上最远的距离，站在你面前却又看不到。根据对人类生存的研究，平均每天都有1000人因为空气污染而加速死亡，这也意味着每年有350000至400000人死于由于空气污染,还会导致各种道路交通事故和其他危险。
该系统的最终目标是将单片机与数字控制技术相结合，实现环境综合检测系统中PM2.5的检测。该设计具有制造成本低、操作简单、精确度高、展现全面等优点。该系统采用单片机当作主要部件，利用显示屏和蜂鸣器报警实现环境有效检测功能。
（二）国内外研究现状
在欧盟，由于长期研究，人们发现PM2.5会使得寿命缩短，本来健康的身体却变得乱病缠身。生存的环境也将变得极其恶劣，长期下去，不仅对个人而且对于整个社会甚至整个地球都是致命的，所以必须要把这个问题重视起来。因此，世界上已经有很多的发达国家积极地采取了应对措施，并在空气质量标准中增添PM2.5这一项标准来控制形势。一些欧美国家将PM2.5进行了大规模，透彻的研究，重点涉及PM2.5质量浓度，排放清单，排放特征源的空间和时间分布，以及环境能见度。2008年，欧盟通过了新的空气质量法案（2008/50 / EC）。政府已开始严格监控空气指标，并严厉惩罚超标的人，最高可达70万欧元。
2013年，当国内的雾霾开始爆发时，国内500个主要城市中不到1％满足世界卫生组织制定的空气质量要求。人们都生活在恐慌之中，即使在白天，也能体会到“摸瞎”的感受。 2014年，国家环保部门和民政部第一次把雾霾天气列为2013年的自然灾害，开始了长期的治理之路。2017年，李克强总理亲自在报告中写道:“坚决打好蓝天之战”。PM2.5有一个来源是燃煤，这是中国主要的能源消费结构。不仅需要控制一种污染物，还要控制各种污染物之间的“相关性”，包括设备，技术和人力促成长期的战斗。因此中国不断制定解决这些问题的规章制度，颁布新的空气质量标准。如表1：
表1 新的空气质量标准
二、系统总体设计
（一）系统方案设计
该系统的设计基于STC89C51，NRF24L01用于控制短程无线粉尘浓度的传输。主机和从机的整个设计与NRF24L01无线模块连接。从机以STC89C51为核心，通过NRF24L01将PM2.5传感器收集的浓度值传输出去。主机利用NRF24L01接收数据，接收到按键输入电路后，报警值要设定，液晶显示电路是实时的显示测量值和警报值。当检测数值高于预先设定值,告警器发声，当测量数据低于设定值时，发生器不工作，复位电路完成系统复位。最后将其显示在液晶LCD1602以实现检测目的。
设计的基本组件是供电器提供的各种工作电源;复位电路提供单片机所需的复位信号; 时钟电路提供单片机的时钟信号;指示电路用于指示无线传输模块的工作状态; 键盘电路用于发送各种类型的指令和数据;显示电路的作用是用来接收各种指令要求。该系统设计具有成本低，传输速度快，软件设计简单，可靠性高，智能化等优点。系统总体设计框图如下图2.1.1
主要的设计内容如下：
（1）采用 STC89C51单片机作为系统控制核心。
（2）使用GP2Y1010AUOF传感器收集灰尘粒径。
（3）NRF24L01无线模块发送与接收。
（4）显示屏显示所有测量值。
（5）通过按键设置报警值，若测量的数值大于预设数值，则蜂鸣器响起。
图2.1.1 系统总体设计框图
（二）方案论证及设计
【KEY WORD】: STC89C51 NRF24L01 PM2.5 Wireless transmission 目 录
一、引言 1
（一）课题背景及意义 1
（二）国内外研究现状 1
二、系统总体设计 2
（一）系统方案设计 2
（二）方案论证及设计 3
三、系统的硬件设计 4
（一）单片机 4
（二）PM2.5粉尘传感器 7
（三）模数转换ADC0832 10
（四）无线模块 11
（五）LCD1602液晶显示屏 14
（六）按键模块电路 17
（七）报警电路（蜂鸣器） 17
四、系统的软件设计 18
（一）系统总体软件设计 18
（二）NRF24L01无线通信模块软件设计 18
（三）PM2.5粉尘传感器软件设计 20
（四）中断程序设计 20
五、制作与调试 21
（一）实物制作与调试 21
（二）软件程序制作与调试 22
（三）成品功能测试 22
总结 25
参考文献 26
致谢 27
附录 28
一、引言
（一）课题背景及意义
生活中，人们常常能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
接触到PM2.5，又称为细粒颗物。由于呼吸系统深处是一个敏感的环境，一旦接触了PM2.5，沉积在肺泡中，便会造成恶劣影响。引起人体系统疾病，像咳嗽，支气管炎，慢性支气管炎和慢性阻塞性肺病。除此之外，细小颗粒还会携带“危险品”，使其自由地进入呼吸系统，细菌，病毒等致病物质，导致身体内部造成感染。更多研究发现，新出生的婴儿可能会因为高浓度颗粒物的影响从而阻碍生长发育，以及会对预产期造成危害，导致婴儿死亡率提高，体弱多病，胎儿宫内成长缓慢和天生缺陷等等。
PM2.5是日常发电，工业生产和废气排放中的燃烧残余物的主要来源，特别是在一些具有许多PM2.5颗粒的工厂中。有很多灰尘会提高粉尘危害导致事故发生，人们呼吸的空气也并非那么的安全，出行的人们因为PM2.5而不得不戴上防霾口罩。室外能见度又非常低，繁华的城市里，一幢幢的高楼大厦，本就车水马龙的街道仿佛世界上最远的距离，站在你面前却又看不到。根据对人类生存的研究，平均每天都有1000人因为空气污染而加速死亡，这也意味着每年有350000至400000人死于由于空气污染,还会导致各种道路交通事故和其他危险。
该系统的最终目标是将单片机与数字控制技术相结合，实现环境综合检测系统中PM2.5的检测。该设计具有制造成本低、操作简单、精确度高、展现全面等优点。该系统采用单片机当作主要部件，利用显示屏和蜂鸣器报警实现环境有效检测功能。
（二）国内外研究现状
在欧盟，由于长期研究，人们发现PM2.5会使得寿命缩短，本来健康的身体却变得乱病缠身。生存的环境也将变得极其恶劣，长期下去，不仅对个人而且对于整个社会甚至整个地球都是致命的，所以必须要把这个问题重视起来。因此，世界上已经有很多的发达国家积极地采取了应对措施，并在空气质量标准中增添PM2.5这一项标准来控制形势。一些欧美国家将PM2.5进行了大规模，透彻的研究，重点涉及PM2.5质量浓度，排放清单，排放特征源的空间和时间分布，以及环境能见度。2008年，欧盟通过了新的空气质量法案（2008/50 / EC）。政府已开始严格监控空气指标，并严厉惩罚超标的人，最高可达70万欧元。
2013年，当国内的雾霾开始爆发时，国内500个主要城市中不到1％满足世界卫生组织制定的空气质量要求。人们都生活在恐慌之中，即使在白天，也能体会到“摸瞎”的感受。 2014年，国家环保部门和民政部第一次把雾霾天气列为2013年的自然灾害，开始了长期的治理之路。2017年，李克强总理亲自在报告中写道:“坚决打好蓝天之战”。PM2.5有一个来源是燃煤，这是中国主要的能源消费结构。不仅需要控制一种污染物，还要控制各种污染物之间的“相关性”，包括设备，技术和人力促成长期的战斗。因此中国不断制定解决这些问题的规章制度，颁布新的空气质量标准。如表1：
表1 新的空气质量标准
二、系统总体设计
（一）系统方案设计
该系统的设计基于STC89C51，NRF24L01用于控制短程无线粉尘浓度的传输。主机和从机的整个设计与NRF24L01无线模块连接。从机以STC89C51为核心，通过NRF24L01将PM2.5传感器收集的浓度值传输出去。主机利用NRF24L01接收数据，接收到按键输入电路后，报警值要设定，液晶显示电路是实时的显示测量值和警报值。当检测数值高于预先设定值,告警器发声，当测量数据低于设定值时，发生器不工作，复位电路完成系统复位。最后将其显示在液晶LCD1602以实现检测目的。
设计的基本组件是供电器提供的各种工作电源;复位电路提供单片机所需的复位信号; 时钟电路提供单片机的时钟信号;指示电路用于指示无线传输模块的工作状态; 键盘电路用于发送各种类型的指令和数据;显示电路的作用是用来接收各种指令要求。该系统设计具有成本低，传输速度快，软件设计简单，可靠性高，智能化等优点。系统总体设计框图如下图2.1.1
主要的设计内容如下：
（1）采用 STC89C51单片机作为系统控制核心。
（2）使用GP2Y1010AUOF传感器收集灰尘粒径。
（3）NRF24L01无线模块发送与接收。
（4）显示屏显示所有测量值。
（5）通过按键设置报警值，若测量的数值大于预设数值，则蜂鸣器响起。
图2.1.1 系统总体设计框图
（二）方案论证及设计
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