单片机的气体pm2.5检测仪设计
摘 要当一个《苍穹之下》的纪录片被播放时，PM2.5这一名字被大家所熟悉。我们知道了PM2.5的危害以后，检测它的浓度己经是一个很重要指标。对于环境的检测，小型便携式能够让我们随时随地的对我们当前空气中的PM2.5进行实时的检测，来保证我们周围环境的质量。随着经济的快速发展，各种高科技技术己运用到各种地方。在单片机快速发展的今天，可以用单片机完成很多检测任务。本设计采用模块有STC89C52单片机、提供单片机工作频率的晶振电路、一个手动复位按扭、一个模似量的GP2Y1010AU粉尘传感器、ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶显示模块、电源模块。由于GP2Y1010AU粉尘传感器输出的是模似量的一个信号，所以单片机实时采集粉尘的浓度时要通过ADC0832转换芯片，但是温湿度是个数字量的传感器，所以我们可以直接采集它的信号，通过单片机的数据转换处理后在液晶屏上显示空气中的质量。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 PM2.5主要的检测方法 1
1.4 主要监测对比 2
第二章 整个系统的设计方案 3
2.1 整个系统的框图 3
2.2 方案选择 3
2.2.1 控制器的型号选择 3
2.2.2 温湿度传感器的选择 4
2.2.3 PM2.5传感器的选择 5
2.2.4 显示器选择方案 5
第三章系统硬件电路的设计 7
3.1系统硬件概述 7
3.2 主控模块设计 7
3.2.1 单片机引脚介绍 7
3.2.2 单片机最小系统 9
3.3 GP2Y1010AU0F传感器简介 10
3.3.1内部原理图 10
3.3.2 主要参数 11
3.3.3电光特性 11
3.3.4 LED输入端子输入的条件 11
3.3.5输入条件为LED端子 12
3.3.6电路接线 12
3.3.7检出方法 13
3.4 ADC0832模数转简介 14<
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br /> 3.5温度、湿度传感器简介 16
3.5.1 DHT11传感器模块电路设计 19
3.6 液晶显示模块设计 19
3.6.1 液晶显示屏简介 19
3.6.2 液晶显示模块电路原理图 21
第四章 硬件实现及单元电路设计 22
4.1主控制模块 22
4.2显示模块电路 22
4.3电源部分的设计 23
第五章 系统软件设计 24
5.1总程序结构分析 24
5.2 DS18B20初始化程序流程图 25
5.3读温度子程序流程图 26
第六章 系统的安装与调试 27
6.1安装步骤 27
6.2数据校验与电路的调试 27
6.2.1 温度、湿度校验 27
6.2.2 PM2.5的数据校验 27
6.2.3 液晶显示器校验 28
6.2.3 电路测试 29
结束语 30
致谢 31
附录： 32
第一章 绪论
1.1课题的背景
粉尘又称可以入颗粒物，它的颗粒物非常小，是很容易被吸入呼吸道的，它的直径不超过10微米，对人的器官都有非常大。而这些可吸入粉尘，可导致心肺病、心血管疾病等其他问题。风尘可以是很多病毒的所运用的传播方式，他会与粉尘一起在我们大气中飘散，所以病毒可以靠这种方式得到快速传播。在某些特定的地方，要对风尘的浓度有一定的控制，工厂中的很多粉尘携带有毒化学物质，人们长久呼吸或长久散落皮肤上容易导致癌症的产生。由此可以看出粉尘对人体健康和生产的巨大危害性，在煤矿井下进行生产活动、由于这个过程会产生数量极其多的粉尘，又因为井下通风效果不好，特别是在炮采，纵采等工作方面，煤灰的浓度可以超过1000毫克/立方米。在如此恶烈的环境中进行工作的工人就会很容易受到这些微小灰尘的影响，如果人的呼吸系统被粉尘长时间侵入，就会造成大量粉尘在身体中沉，造成了职业病，危害工作者的身体状况。另外还有一个重大隐患粉尘是煤矿安全生产，为安全人们的生命安全我们必须提供必要现场数据。
因此，空气质量检测仪意义重大是现代生活中不可缺少的必备品。
1.2国内外研究现状
我们发明了很多检测PM2.5的方法，在国已经得到了很好的应用，其中β射线的检测原理是与吸收量有关的，而他的吸收量仅仅与吸收到的粉尘质量有关系，他的工作原理完全是称重法，如果我们要知道粉尘的浓度时，我们可以可直接得到它的值。而这里需要我们需要应用不同的硬件器件来进行对它的采。我们通常采用的是称重法比较法来检测，得到值与真实之间非常的接近，所以相对误差很小，很适合用这方法进行检测。当他与我们设计的硬件进行配合使用，它的数据与国家规定的标准值差不多的话，我们就可以长时间的稳定运行。
小型的激光粉尘仪是基于激光管为光源的仪器，运用的是光的散射原理而设计的，它有着世界的最新型粉尘仪的先进水平。该设血可以用于各个公共场所，它有着可吸入颗粒物浓度的非常快的检测还的功能可以环境保护，劳动安全卫生这一方面浓度检测、各种煤矿企业生产进行现场的粉尘浓度的检测。
1.3 PM2.5主要的检测方法
微量振荡天平法检测的精度并不是很高，它的工作原理是靠颗粒改变它的传感器的震荡频率，就是通过这一频率的变化，可以检测得当前的颗粒浓度。它可以自动连续检测。因为这一特点，我国测量颗浓度经常用这一方法。在我们己经有一个TEOM?1405系列颗粒物监测仪。
Beta射线法检测原理基本上和微量震荡天平法是相同的，它是根据射线衰减的原理来测量的，当空气的颗粒通过Beta射线时，他接收到的信号就会减少。通过前后的对比知道减少了多少，后通过一系列计算，计算出颗颗粒的浓度，为了保证此系统可靠性，常常需要加一些就补偿的系统。
光散射法：原理是弥漫在空气中的悬浮物对光具有一定的散射作用，通过检测不同的散射值，可以知道他的浓度不一样，在较高的浓度时，它会提高光的散射，测定光的散射值之后，通过一系列的换算公式就可以得出浓度多少。但是，每一个颗粒物与光的散射有着不同的关系，比如不同形状的颗粒，微粒的分布情况都会影响光的散射问题。还很有可能，颗粒物之间也会有化学反应，所以计算这些很难。己经有的传感器日本夏普灰尘传感器（代表型号：gp2y1010auoff和gp2y1051auof）。
1.4 主要监测对比
美国EPA对PM2.5检测技术进行了不断的研究，想研究出更加准确的硬件，更为方便的检测，在不断研究中累积了很多的实验经验。他们得出；最精准的测量方法是基于膜动态测试系统的微旦振荡天平技术；然而运用Beta射线技术获得的数据误差比较大，大约在77%以上，90%以下。在美国，使用振荡天平法的监测PM2.5的占据了大多数。
同时在中国，微里振荡天平法也得到了很多环保领域的学者的赞誉和拥护。
第二章 整个系统的设计方案
2.1 整个系统的框图
我们使到的硬件主要是以STC89C52单片机为主的控制器，通液采集传感器的信号，通过单片机进行信号的处理，然后通过单片机的输入输入出口把转换后的信息外液晶显示器上进行相应的显示，我们所设计的硬件和信号传送的方向如如图2.1所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3 PM2.5主要的检测方法 1
1.4 主要监测对比 2
第二章 整个系统的设计方案 3
2.1 整个系统的框图 3
2.2 方案选择 3
2.2.1 控制器的型号选择 3
2.2.2 温湿度传感器的选择 4
2.2.3 PM2.5传感器的选择 5
2.2.4 显示器选择方案 5
第三章系统硬件电路的设计 7
3.1系统硬件概述 7
3.2 主控模块设计 7
3.2.1 单片机引脚介绍 7
3.2.2 单片机最小系统 9
3.3 GP2Y1010AU0F传感器简介 10
3.3.1内部原理图 10
3.3.2 主要参数 11
3.3.3电光特性 11
3.3.4 LED输入端子输入的条件 11
3.3.5输入条件为LED端子 12
3.3.6电路接线 12
3.3.7检出方法 13
3.4 ADC0832模数转简介 14<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 3.5温度、湿度传感器简介 16
3.5.1 DHT11传感器模块电路设计 19
3.6 液晶显示模块设计 19
3.6.1 液晶显示屏简介 19
3.6.2 液晶显示模块电路原理图 21
第四章 硬件实现及单元电路设计 22
4.1主控制模块 22
4.2显示模块电路 22
4.3电源部分的设计 23
第五章 系统软件设计 24
5.1总程序结构分析 24
5.2 DS18B20初始化程序流程图 25
5.3读温度子程序流程图 26
第六章 系统的安装与调试 27
6.1安装步骤 27
6.2数据校验与电路的调试 27
6.2.1 温度、湿度校验 27
6.2.2 PM2.5的数据校验 27
6.2.3 液晶显示器校验 28
6.2.3 电路测试 29
结束语 30
致谢 31
附录： 32
第一章 绪论
1.1课题的背景
粉尘又称可以入颗粒物，它的颗粒物非常小，是很容易被吸入呼吸道的，它的直径不超过10微米，对人的器官都有非常大。而这些可吸入粉尘，可导致心肺病、心血管疾病等其他问题。风尘可以是很多病毒的所运用的传播方式，他会与粉尘一起在我们大气中飘散，所以病毒可以靠这种方式得到快速传播。在某些特定的地方，要对风尘的浓度有一定的控制，工厂中的很多粉尘携带有毒化学物质，人们长久呼吸或长久散落皮肤上容易导致癌症的产生。由此可以看出粉尘对人体健康和生产的巨大危害性，在煤矿井下进行生产活动、由于这个过程会产生数量极其多的粉尘，又因为井下通风效果不好，特别是在炮采，纵采等工作方面，煤灰的浓度可以超过1000毫克/立方米。在如此恶烈的环境中进行工作的工人就会很容易受到这些微小灰尘的影响，如果人的呼吸系统被粉尘长时间侵入，就会造成大量粉尘在身体中沉，造成了职业病，危害工作者的身体状况。另外还有一个重大隐患粉尘是煤矿安全生产，为安全人们的生命安全我们必须提供必要现场数据。
因此，空气质量检测仪意义重大是现代生活中不可缺少的必备品。
1.2国内外研究现状
我们发明了很多检测PM2.5的方法，在国已经得到了很好的应用，其中β射线的检测原理是与吸收量有关的，而他的吸收量仅仅与吸收到的粉尘质量有关系，他的工作原理完全是称重法，如果我们要知道粉尘的浓度时，我们可以可直接得到它的值。而这里需要我们需要应用不同的硬件器件来进行对它的采。我们通常采用的是称重法比较法来检测，得到值与真实之间非常的接近，所以相对误差很小，很适合用这方法进行检测。当他与我们设计的硬件进行配合使用，它的数据与国家规定的标准值差不多的话，我们就可以长时间的稳定运行。
小型的激光粉尘仪是基于激光管为光源的仪器，运用的是光的散射原理而设计的，它有着世界的最新型粉尘仪的先进水平。该设血可以用于各个公共场所，它有着可吸入颗粒物浓度的非常快的检测还的功能可以环境保护，劳动安全卫生这一方面浓度检测、各种煤矿企业生产进行现场的粉尘浓度的检测。
1.3 PM2.5主要的检测方法
微量振荡天平法检测的精度并不是很高，它的工作原理是靠颗粒改变它的传感器的震荡频率，就是通过这一频率的变化，可以检测得当前的颗粒浓度。它可以自动连续检测。因为这一特点，我国测量颗浓度经常用这一方法。在我们己经有一个TEOM?1405系列颗粒物监测仪。
Beta射线法检测原理基本上和微量震荡天平法是相同的，它是根据射线衰减的原理来测量的，当空气的颗粒通过Beta射线时，他接收到的信号就会减少。通过前后的对比知道减少了多少，后通过一系列计算，计算出颗颗粒的浓度，为了保证此系统可靠性，常常需要加一些就补偿的系统。
光散射法：原理是弥漫在空气中的悬浮物对光具有一定的散射作用，通过检测不同的散射值，可以知道他的浓度不一样，在较高的浓度时，它会提高光的散射，测定光的散射值之后，通过一系列的换算公式就可以得出浓度多少。但是，每一个颗粒物与光的散射有着不同的关系，比如不同形状的颗粒，微粒的分布情况都会影响光的散射问题。还很有可能，颗粒物之间也会有化学反应，所以计算这些很难。己经有的传感器日本夏普灰尘传感器（代表型号：gp2y1010auoff和gp2y1051auof）。
1.4 主要监测对比
美国EPA对PM2.5检测技术进行了不断的研究，想研究出更加准确的硬件，更为方便的检测，在不断研究中累积了很多的实验经验。他们得出；最精准的测量方法是基于膜动态测试系统的微旦振荡天平技术；然而运用Beta射线技术获得的数据误差比较大，大约在77%以上，90%以下。在美国，使用振荡天平法的监测PM2.5的占据了大多数。
同时在中国，微里振荡天平法也得到了很多环保领域的学者的赞誉和拥护。
第二章 整个系统的设计方案
2.1 整个系统的框图
我们使到的硬件主要是以STC89C52单片机为主的控制器，通液采集传感器的信号，通过单片机进行信号的处理，然后通过单片机的输入输入出口把转换后的信息外液晶显示器上进行相应的显示，我们所设计的硬件和信号传送的方向如如图2.1所示。
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