便携式pm2.5检测仪设计(附件)
针对于大气可吸入污染颗粒物的影响，对人体健康和生存环境造成的巨大危害，人类开始重视对PM2.5检测技术的研究和发展，要预防PM2.5的前提就是测量出PM2.5浓度。本论文就是基于这种需求，运用STM32F103RBT6芯片的原理开发的PM2.5检测仪。本设计的这种PM2.5检测仪分为四部分。第一部分，是通过YW-51GJ粉尘传感器采集四周环境大气中的PM2.5浓度数值；第二部分，STM32F103RBT6接收到YW-51GJ采集的数据，进行数据处理；第三部分，STM32F103RBT6驱动液晶屏，显示数据。第四部分，STM32F103RBT6判断是否超过预警值，超过发起警报。将这些模块设计进行联调，完成了本次便携式PM2.5检测仪设计，达到了预定的目标。关键词 STM32F103RBT6，PM2.5，YW-51GJ粉尘传感器，液晶屏
目 录
1 引言 1
1．1 研究背景及意义 1
1．2 国内外发展现状 2
1．3 PM2.5的检测主要方法 3
1．4 本章小结 4
2 系统总体方案设计 4
2．1 系统需求分析 4
2．2 总体设计方案 4
2．3 元器件选型 6
2．4 本章小结 10
3 电路设计 10
3．1 主控模块 10
3．2 晶振、时钟模块 11
3．3 YW51GJ粉尘传感器模块 12
3．4 液晶显示模块 14
3．5 电源模块 15
3．6 报警模块 16
3．7 本章小结 17
4 系统软件设计 17
4．1 程序功能分析 17
4．2 系统程序分析 17
4．3 本章小结 22
5 安装与调试 22
5．1 硬件安装 22
5．2 程序设计 24
5．3 调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1．1 研 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
究背景及意义
随着重工业的迅猛崛起和汽车尾气排放的愈演愈烈，空气质量在近年来呈现出恶化趋势。雾霾现象每年都在加剧，环境保护问题每年都在提出，环境危害情况虽然得到克制，但是只是情况得到了减缓，并没有根治，也没将已经恶化的环境重新复原。PM2.5（particulate matter 2.5）是能够被吸入肺部的颗粒物，是对人们身体主要是肺部，造成巨大危害的。在空气中存在着看得见的看不见的颗粒物，大的颗粒物有尘粒、炱、烟，这些是可见的；小的颗粒物就如PM2.5、PM10。一般的区别是由其直径的大小进行决定的，国际上规定，当颗粒物的直径小于2.5μ m的类型属于可入肺颗粒物，简称PM2.5（Particulate Matter 2.5）。PM2.5的来源非常复杂，很多时候都能产生PM2.5颗粒物。自然原因只是占少数的火山喷发等恶劣自然灾害，多数还是人为因素的影响，例如化石燃料的燃烧、矿物质加工过程、化学污染物在空气中发生转变。2012年2月，《环境空气质量标准》新增了对PM2.5的检测指标，PM2.5成为空气质量标准评价项目之一[7]。
在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，如表格11所示：
表格11 颗粒物名称
颗粒物直径
名称
<100μm
总悬浮颗粒物
<10μm
可吸入颗粒物
<2.5μm
可入肺颗粒物
在大气中，PM2.5所占的百分比含量还是很小的，与那些颗粒半径大与10微米以上的含量比起来微乎其微。但它与较粗的大气颗粒物相比，包含大量有毒元素、有害物质。PM2.5在大气中有很长的漂浮时间、随着大气的运动可以扩散到很远处，例如日本经常说我国的大气污染随着季风飘到他们国家，因此PM2.5对全球人们的健康都有影响，人与环境都深受其害。World Health Organization发布的报告显示，无论是身处发达国家还是身处发展中国家，大多数人口均遭受到可吸入颗粒物对身体的影响，并根据连年的报告显示，污染严重的地区人口死亡率会增加10%。当颗粒直径大于10μm，颗粒并不会被吸入人体。当颗粒物颗粒直径在2.5μm～10μm之间，便会进入上呼吸道，但大部分被阻挡在鼻腔里和被排出体外，实际对人体健康构成危害的情况相对较小。而2.5μm以下的可入肺颗粒物，不易被阻挡。被吸入人体后，人体没有能阻挡这么小的颗粒物的防护措施，可入肺颗粒物会直接进入支气管，刺激呼吸道，从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病。可入肺颗粒对老人、小孩的身体健康威胁极大。
为了实现对自身周边PM2.5数值的测量，设计一个基于stm32的系统,利用粉尘传感器采集PM2.5数据，经过MCU处理数据，实现 PM2.5实时监控，根据指标设置PM2.5的浓度值上限，超出上限就会提醒人们关注身边环境受污染的状态。
1．2 国内外发展现状
1.2.1 国内发展现状
近10年来，中国的发展越来越快，但是环境治理的节奏却没有同步跟上，大气环境污染越来越严重，尤其到了冬天，整日整日是雾蒙蒙的天，灰蒙蒙的日子。于是人们开始关注大气环境，开始注意到PM2.5。
中国之前的雾霾治理行动计划是从2013年至2017年。计划要求雾霾高发的京津冀地区采取行动把有害颗粒物(即PM2.5)浓度降低至少25%。去年1月和2月，中国北方PM2.5读数接近最高纪录，但到2017年底仍努力实现了空气质量目标，这主要归功于迫使28个城市的污染工厂冬季减产的行动。
近期北京顺义为了响应减少污染物，在20条街上配置吸尘减霾车，用来吸烟尘和各种可吸入颗粒物。
1.2.2 国外发展现状
随着工业革命的几波浪潮，人们得癌症的概率逐渐增加，尤其是肺癌的患病率急剧上升。人们开始关注自身健康和研究肺癌的原因， PM2.5从发现开始，随着研究的深入，PM2.5成为近年来的研究重点。美国环保从1999年开始了PM2.5的观测，并加强关于PM2.5的研究。研究表明当PM2.5日均浓度增加10μg/m3，肺癌死亡率升高8%。2012年Environmental Protection Agency?将年均浓度为15μg/m3下降为15μg/m3。2008年，European Commission通过《环境空气质量指令》，作为用于提高European的空气环境质量的指标书，目标是当2020年左右，PM2.5平均浓度控制在20μg/m3以下。
除了这些欧美国家，我们附近的东南亚国家对PM2.5展开了检测和预防。日本环境省在2009年制定了环境标准，规定微小粒子状物质要达到年平均值在15μg/m3以下。
目 录
1 引言 1
1．1 研究背景及意义 1
1．2 国内外发展现状 2
1．3 PM2.5的检测主要方法 3
1．4 本章小结 4
2 系统总体方案设计 4
2．1 系统需求分析 4
2．2 总体设计方案 4
2．3 元器件选型 6
2．4 本章小结 10
3 电路设计 10
3．1 主控模块 10
3．2 晶振、时钟模块 11
3．3 YW51GJ粉尘传感器模块 12
3．4 液晶显示模块 14
3．5 电源模块 15
3．6 报警模块 16
3．7 本章小结 17
4 系统软件设计 17
4．1 程序功能分析 17
4．2 系统程序分析 17
4．3 本章小结 22
5 安装与调试 22
5．1 硬件安装 22
5．2 程序设计 24
5．3 调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1．1 研 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
究背景及意义
随着重工业的迅猛崛起和汽车尾气排放的愈演愈烈，空气质量在近年来呈现出恶化趋势。雾霾现象每年都在加剧，环境保护问题每年都在提出，环境危害情况虽然得到克制，但是只是情况得到了减缓，并没有根治，也没将已经恶化的环境重新复原。PM2.5（particulate matter 2.5）是能够被吸入肺部的颗粒物，是对人们身体主要是肺部，造成巨大危害的。在空气中存在着看得见的看不见的颗粒物，大的颗粒物有尘粒、炱、烟，这些是可见的；小的颗粒物就如PM2.5、PM10。一般的区别是由其直径的大小进行决定的，国际上规定，当颗粒物的直径小于2.5μ m的类型属于可入肺颗粒物，简称PM2.5（Particulate Matter 2.5）。PM2.5的来源非常复杂，很多时候都能产生PM2.5颗粒物。自然原因只是占少数的火山喷发等恶劣自然灾害，多数还是人为因素的影响，例如化石燃料的燃烧、矿物质加工过程、化学污染物在空气中发生转变。2012年2月，《环境空气质量标准》新增了对PM2.5的检测指标，PM2.5成为空气质量标准评价项目之一[7]。
在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，如表格11所示：
表格11 颗粒物名称
颗粒物直径
名称
<100μm
总悬浮颗粒物
<10μm
可吸入颗粒物
<2.5μm
可入肺颗粒物
在大气中，PM2.5所占的百分比含量还是很小的，与那些颗粒半径大与10微米以上的含量比起来微乎其微。但它与较粗的大气颗粒物相比，包含大量有毒元素、有害物质。PM2.5在大气中有很长的漂浮时间、随着大气的运动可以扩散到很远处，例如日本经常说我国的大气污染随着季风飘到他们国家，因此PM2.5对全球人们的健康都有影响，人与环境都深受其害。World Health Organization发布的报告显示，无论是身处发达国家还是身处发展中国家，大多数人口均遭受到可吸入颗粒物对身体的影响，并根据连年的报告显示，污染严重的地区人口死亡率会增加10%。当颗粒直径大于10μm，颗粒并不会被吸入人体。当颗粒物颗粒直径在2.5μm～10μm之间，便会进入上呼吸道，但大部分被阻挡在鼻腔里和被排出体外，实际对人体健康构成危害的情况相对较小。而2.5μm以下的可入肺颗粒物，不易被阻挡。被吸入人体后，人体没有能阻挡这么小的颗粒物的防护措施，可入肺颗粒物会直接进入支气管，刺激呼吸道，从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病。可入肺颗粒对老人、小孩的身体健康威胁极大。
为了实现对自身周边PM2.5数值的测量，设计一个基于stm32的系统,利用粉尘传感器采集PM2.5数据，经过MCU处理数据，实现 PM2.5实时监控，根据指标设置PM2.5的浓度值上限，超出上限就会提醒人们关注身边环境受污染的状态。
1．2 国内外发展现状
1.2.1 国内发展现状
近10年来，中国的发展越来越快，但是环境治理的节奏却没有同步跟上，大气环境污染越来越严重，尤其到了冬天，整日整日是雾蒙蒙的天，灰蒙蒙的日子。于是人们开始关注大气环境，开始注意到PM2.5。
中国之前的雾霾治理行动计划是从2013年至2017年。计划要求雾霾高发的京津冀地区采取行动把有害颗粒物(即PM2.5)浓度降低至少25%。去年1月和2月，中国北方PM2.5读数接近最高纪录，但到2017年底仍努力实现了空气质量目标，这主要归功于迫使28个城市的污染工厂冬季减产的行动。
近期北京顺义为了响应减少污染物，在20条街上配置吸尘减霾车，用来吸烟尘和各种可吸入颗粒物。
1.2.2 国外发展现状
随着工业革命的几波浪潮，人们得癌症的概率逐渐增加，尤其是肺癌的患病率急剧上升。人们开始关注自身健康和研究肺癌的原因， PM2.5从发现开始，随着研究的深入，PM2.5成为近年来的研究重点。美国环保从1999年开始了PM2.5的观测，并加强关于PM2.5的研究。研究表明当PM2.5日均浓度增加10μg/m3，肺癌死亡率升高8%。2012年Environmental Protection Agency?将年均浓度为15μg/m3下降为15μg/m3。2008年，European Commission通过《环境空气质量指令》，作为用于提高European的空气环境质量的指标书，目标是当2020年左右，PM2.5平均浓度控制在20μg/m3以下。
除了这些欧美国家，我们附近的东南亚国家对PM2.5展开了检测和预防。日本环境省在2009年制定了环境标准，规定微小粒子状物质要达到年平均值在15μg/m3以下。
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