便携式PM2.5粉尘检测仪设计
引言 1
一、选题的背景及研究意义 2
（一）选题的背景 2
（二）研究意义 2
二、国内外粉尘检测技术的发展状况 3
三、本文的主要研究工作 3
四、粉尘检测仪的硬件设计 4
(一) 系统功能 4
(二) 技术指标 4
(三) 粉尘传感器的工作原理 4
(四) 系统工作的原理 5
（五）系统硬件设计结构 5
(六) 软件程序流程设计 5
（七）单片机 7
（八）信号检测采集电路 11
（九）LCD1602A显示部分 12
（十）键盘电路设计 12
（十一）报警电路设计（蜂鸣器） 13
（十二）看门狗部分设计 13
五、联调结果及仿真 14
（一）设计软件Proteus 14
（二）Proteus功能特点 14
（三）功能模块 14
（四）系统概述 15
（五）keil与Proteus联调 15
总结 17
致辞 18
参 考 文 献 19
附录 20
引言
近来，大部分地区都处于雾霾之中，特别是北京的恶劣环境条件。大范围连续雾霾天气，据统计，受影响的地区，包括北中国平原地区的阴霾，受影响的地区约占1 / 4的土地，全国各地受影响人口约6亿人。PM2.5我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。维护生态环境质量已成为一个迫切的要求。灰尘是空气质量的重要指标，粉尘检测更为重要。。已经有报告显示，在城市的空气质量超过标准的环境问题，68%都是我国可吸入颗粒物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的问题。
咱们务必要做到对环境相互了解，既要做到监控和额检测。知道所有的问题在哪里,才能从根本上解决问题。
一、选题的背景及研究意义
（一）选题的背景
PM2.5是官方的统一标准称呼。其实它就是空气中的非常小的尘埃，这种尘埃直径一般小于2.5微米。它可以很长一段时间内悬浮在空气当中，对人体呼吸有危害，PM2.5在空气中含量高的话，空气就被污染得很严重了。[1]尽管PM2.5只是地球大气成分中极少的一部分，可是它影响着空气的质量和视野的能见度。相比于较大的大气颗粒物，PM2.5会携带有毒物质、重金属、菌物等等，而且它直径比较小、表面积大、颗粒活性强。PM2.5在空气中的停留时间还特别长、流动范围广距离远，所以严重影响着人们的健康和交通安全。
下面我们就来具体说说PM2.5的危害吧，由于它的非常小，进到肺部的组织很深部位。直径大约10μm细颗粒物一般累积在上呼吸道，2μm以下的细颗粒物已经进入到了支气管和肺泡。细颗粒物从空气中到肺泡后，肺 的通气功能被减弱了，让人体处于缺氧的状态。最新国外权威报导，700000人因每年的臭氧引起的呼吸道疾病过早死亡，近2000000人死亡与PM2.5有直接关系。根据相关数据表明，因为空气的污染，人类的平均寿命已经缩短了5年半。[2]
从上述的相关内容，PM2.5大致的也已经了解了。我们每天都关注天气预报，就现在的情况来看，每天的空气质量也是大家关注的一项监控报告了。
国家气象局最新PM2.5数据标准如下表1-1：
表1-1 空气质量新标
空气质量等级PM2.5平均标准值
优0~50μg/m3
良50~100μg/m3
轻度污染100~150μg/m3
中度污染150~200μg/m3
重度污染200~300μg/m3
严重污染大于300μg/m3 及以上
（二）研究意义
咱们每一个人都是环境污染的制造者，同时也都是环境污染的受害者。作为这个社会的一份子，一方面要关心身旁的环境状况，要积极参与环保事业；还有另外一个方面呢，就是制止身边的污染环境的违法行为。平时我们上班呢，如果没有急事就不要开车，乘坐公交车或者地铁，也可以骑自行车上班，从自我做起，减少了大气污染物的排放，成为公益事业的一份子。
PM2.5检测仪主要检测空气中的细微颗粒物的含量，便于轻工纺织业等地方的空气质量监控、环保部门空气质量的检测和污染源调查等。
二、国内外粉尘检测技术的发展状况
国内外有很多种粉尘检测仪。便携式PM2.5检测仪的功能包括传感器感应颗粒浓度、信号采集、数据显示、浓度超出报警。
PM2.5检测仪是以89C52单片机作为主控制器，在数据通信的同时与计算机相通，并让传感器检测数据处理与显示。
?当前，全球各地对细颗粒物浓度的测量技术都做了很多的技术研究，发明了了很多种的粉尘监测仪器，像直读式测尘仪这样的简单实用型。特别是粉尘浓度传感器的研发，解决了不可以在作业现场检测粉尘浓度的困难。
比较著名的国外产品有美国研制的RAM系列的粉尘监测仪，还有德国的TM粉尘仪等等。
而在我们国内呢，这一领域的技术发展得还是比较晚的，并且技术相对落后，直读式测尘仪和采样器最常见。不过随着信息产业的不断发展，国内的科技公司相继使用，同时研制了粉尘传感器。江苏三恒科技集团也开发了相关产品。[3]
由于在技术研究上，国外的起步比较早，主要有光散射法、电容法、β射线法，还有超声波系列的研究产品，但市面上的产品还很少。现在的市场上大部分采用光散射法、磨擦电法、光吸收法进行粉尘浓度实时监控，品种比较多，并且已经运用在烟道粉尘浓度和煤矿井下粉尘浓度的实时监控上。[4]
粉尘测量的方法有三种：光学测量法、称重采样法和静电法。
1.称重采样法不适用实时监控。
2.静电法比较容易受到外界的干扰。
3.光学法包含散射法和浊度法,其中浊度法是国外仪器运用的最多的的测量方法，但是它有缺点，要保持光学镜头的清洁，在实际情况中很难保持。
三、本文的主要研究工作
本款毕业设计是将光学测量方法是讲电压模拟信号经过ADC0832转换成八位二进制数字信号，把该二进制数字信号传送单片机STC89C52中，经过单片机的一系列的处理后将数字信号显示在LCD1602A上，键盘可以设置粉尘浓度警报值，当浓度超过警报值，蜂鸣器就报警, 同时，可以控制粉尘浓度和设置限位开关显示值通过独立的钥匙。看门狗的功能就是实施复位，然后把12V的电源转换成5V电源供电。我主要根据要求完成数据采集，编程系统显示，参值设置和每个部分来设计预警系统，并结合硬件电路完成各个部分的功能，从而完成整个系统的功能。
四、粉尘检测仪的硬件设计
(一)系统功能
(四)系统工作的原理
PM2.5检测仪的工作原理：接上电源，当夏普GP2Y1010AU0F传感器将粉尘浓度转换成电压信号，电压信号经过ADC0832转换成八位的二进制数字信号进入单片机STC89C52，再次转换成三位十进制数通过I/O口在LCD上显示出准确的数值。显示的数值量随着输入电压值的波动而波动。此时，通过独立键盘设置警报值送到单片机STC89C52，空气中的粉尘浓度超过了警报值，蜂鸣器报警，如果没有超过就显示当前浓度。如图4-2所示：
一、选题的背景及研究意义 2
（一）选题的背景 2
（二）研究意义 2
二、国内外粉尘检测技术的发展状况 3
三、本文的主要研究工作 3
四、粉尘检测仪的硬件设计 4
(一) 系统功能 4
(二) 技术指标 4
(三) 粉尘传感器的工作原理 4
(四) 系统工作的原理 5
（五）系统硬件设计结构 5
(六) 软件程序流程设计 5
（七）单片机 7
（八）信号检测采集电路 11
（九）LCD1602A显示部分 12
（十）键盘电路设计 12
（十一）报警电路设计（蜂鸣器） 13
（十二）看门狗部分设计 13
五、联调结果及仿真 14
（一）设计软件Proteus 14
（二）Proteus功能特点 14
（三）功能模块 14
（四）系统概述 15
（五）keil与Proteus联调 15
总结 17
致辞 18
参 考 文 献 19
附录 20
引言
近来，大部分地区都处于雾霾之中，特别是北京的恶劣环境条件。大范围连续雾霾天气，据统计，受影响的地区，包括北中国平原地区的阴霾，受影响的地区约占1 / 4的土地，全国各地受影响人口约6亿人。PM2.5我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。维护生态环境质量已成为一个迫切的要求。灰尘是空气质量的重要指标，粉尘检测更为重要。。已经有报告显示，在城市的空气质量超过标准的环境问题，68%都是我国可吸入颗粒物 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的问题。
咱们务必要做到对环境相互了解，既要做到监控和额检测。知道所有的问题在哪里,才能从根本上解决问题。
一、选题的背景及研究意义
（一）选题的背景
PM2.5是官方的统一标准称呼。其实它就是空气中的非常小的尘埃，这种尘埃直径一般小于2.5微米。它可以很长一段时间内悬浮在空气当中，对人体呼吸有危害，PM2.5在空气中含量高的话，空气就被污染得很严重了。[1]尽管PM2.5只是地球大气成分中极少的一部分，可是它影响着空气的质量和视野的能见度。相比于较大的大气颗粒物，PM2.5会携带有毒物质、重金属、菌物等等，而且它直径比较小、表面积大、颗粒活性强。PM2.5在空气中的停留时间还特别长、流动范围广距离远，所以严重影响着人们的健康和交通安全。
下面我们就来具体说说PM2.5的危害吧，由于它的非常小，进到肺部的组织很深部位。直径大约10μm细颗粒物一般累积在上呼吸道，2μm以下的细颗粒物已经进入到了支气管
从上述的相关内容，PM2.5大致的也已经了解了。我们每天都关注天气预报，就现在的情况来看，每天的空气质量也是大家关注的一项监控报告了。
国家气象局最新PM2.5数据标准如下表1-1：
表1-1 空气质量新标
空气质量等级PM2.5平均标准值
优0~50μg/m3
良50~100μg/m3
轻度污染100~150μg/m3
中度污染150~200μg/m3
重度污染200~300μg/m3
严重污染大于300μg/m3 及以上
（二）研究意义
咱们每一个人都是环境污染的制造者，同时也都是环境污染的受害者。作为这个社会的一份子，一方面要关心身旁的环境状况，要积极参与环保事业；还有另外一个方面呢，就是制止身边的污染环境的违法行为。平时我们上班呢，如果没有急事就不要开车，乘坐公交车或者地铁，也可以骑自行车上班，从自我做起，减少了大气污染物的排放，成为公益事业的一份子。
PM2.5检测仪主要检测空气中的细微颗粒物的含量，便于轻工纺织业等地方的空气质量监控、环保部门空气质量的检测和污染源调查等。
二、国内外粉尘检测技术的发展状况
国内外有很多种粉尘检测仪。便携式PM2.5检测仪的功能包括传感器感应颗粒浓度、信号采集、数据显示、浓度超出报警。
PM2.5检测仪是以89C52单片机作为主控制器，在数据通信的同时与计算机相通，并让传感器检测数据处理与显示。
?当前，全球各地对细颗粒物浓度的测量技术都做了很多的技术研究，发明了了很多种的粉尘监测仪器，像直读式测尘仪这样的简单实用型。特别是粉尘浓度传感器的研发，解决了不可以在作业现场检测粉尘浓度的困难。
比较著名的国外产品有美国研制的RAM系列的粉尘监测仪，还有德国的TM粉尘仪等等。
而在我们国内呢，这一领域的技术发展得还是比较晚的，并且技术相对落后，直读式测尘仪和采样器最常见。不过随着信息产业的不断发展，国内的科技公司相继使用，同时研制了粉尘传感器。江苏三恒科技集团也开发了相关产品。[3]
由于在技术研究上，国外的起步比较早，主要有光散射法、电容法、β射线法，还有超声波系列的研究产品，但市面上的产品还很少。现在的市场上大部分采用光散射法、磨擦电法、光吸收法进行粉尘浓度实时监控，品种比较多，并且已经运用在烟道粉尘浓度和煤矿井下粉尘浓度的实时监控上。[4]
粉尘测量的方法有三种：光学测量法、称重采样法和静电法。
1.称重采样法不适用实时监控。
2.静电法比较容易受到外界的干扰。
3.光学法包含散射法和浊度法,其中浊度法是国外仪器运用的最多的的测量方法，但是它有缺点，要保持光学镜头的清洁，在实际情况中很难保持。
三、本文的主要研究工作
本款毕业设计是将光学测量方法是讲电压模拟信号经过ADC0832转换成八位二进制数字信号，把该二进制数字信号传送单片机STC89C52中，经过单片机的一系列的处理后将数字信号显示在LCD1602A上，键盘可以设置粉尘浓度警报值，当浓度超过警报值，蜂鸣器就报警, 同时，可以控制粉尘浓度和设置限位开关显示值通过独立的钥匙。看门狗的功能就是实施复位，然后把12V的电源转换成5V电源供电。我主要根据要求完成数据采集，编程系统显示，参值设置和每个部分来设计预警系统，并结合硬件电路完成各个部分的功能，从而完成整个系统的功能。
四、粉尘检测仪的硬件设计
(一)系统功能
(四)系统工作的原理
PM2.5检测仪的工作原理：接上电源，当夏普GP2Y1010AU0F传感器将粉尘浓度转换成电压信号，电压信号经过ADC0832转换成八位的二进制数字信号进入单片机STC89C52，再次转换成三位十进制数通过I/O口在LCD上显示出准确的数值。显示的数值量随着输入电压值的波动而波动。此时，通过独立键盘设置警报值送到单片机STC89C52，空气中的粉尘浓度超过了警报值，蜂鸣器报警，如果没有超过就显示当前浓度。如图4-2所示：
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