基于单片机的PM25空气质量检测论文.docx

基于单片机的PM25空气质量检测论文.docx

《基于单片机的PM25空气质量检测论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的PM25空气质量检测论文.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的PM25空气质量检测论文

基于单片机的PM2.5空气质量检测论文

基于单片机的空气质量检测系统设计

专业：

通信工程

班级：

2013级1班

姓名：

王世达

ABSTRACT

Withthehighlydevelopmentofmodernscienceandtechnology,industrialproductivityisincreasing,andtheresultingnegativeimpactisparticularlysignificant,thatistheenvironmentpollution,whichcauseseriousdamagetothehumanhealthandlife.Foghaze,asoneoftheatmosphericpollution,hasbeenwidelyattentionbypeople.Nowtherearemoreandmoreregionsandcountriesbegintoattachgreatimportancetothefogweather,andregarditasakindofsevereweather.Actually,longagoreportedsomefogdisasterevents,inthiscase,notonlyharmpeople'shealth,evendeprivethelivesofmanypeople,suchaskilling1952LondonfogandsmoginBeijingin2013events.PM2.5referstoenvironmentparticleslessthan2.5micronsindiameter,isoneofthemajorcomponentsoffog,becauseofitssmallsize,activityisstrong,easytoattachpoisonousandharmfulsubstances,thusabigthreattohumanhealth.So,forthemeasurementofPM2.5ismoreandmoreimportant.ThisarticlewillairconcentrationsofPM2.5asabasisfortheevaluationofairquality.Usedthecontrolcoreofthisdesignisverypracticalto51seriesmicrocontrollerAT89C52,cooperatewiththedustconcentrationacquisitionanddisplaydevices,commontocompletedatacollection,processinganddisplay.Andaccordingtosetgoodalarmvaluealarmprompt,andusedifferentcolorindicatorshowsthattheairquality.Eachunitcircuitareintroducedindetailinthispaperthedesignprocessandmethodofrealizationofeachfunction,thesystemhasgoodman-machineinterface,havehighermeasurementaccuracy,notonlysimpleandpracticalandeasytocarry.Believethatitsvaluewillbereflected.

Keywords:

Haze;Atmosphericpollution;PM2.5;Singlechipmicrocomputer;AT89C52;Airquality

引言

现在，老百姓的生活越来越好，衣食住行和几十年前早已不可同日而语。

当然，这些都得益于科技的飞速发展和生产力的不断提高。

但与此同时也伴随着一些负面影响。

比如，现在老百姓都十分关注的雾霾问题。

通过调查发现，现在不管是发展中国家还是发达国家，不管是城市还是农村，都或多或少遭受到雾霾的侵害。

而雾霾中所包含的有害物质严重影响着人们的健康，甚至威胁到人们的生命。

据不完全统计，那些雾霾污染严重的城市比那些相对清洁的城市的死亡率高出将近20%之多。

而本设计中检测的PM2.5，它的影响也随着医学技术的发展暴露出其相当恐怖的一面[1]。

根据一些气象学和医学方面的专家推测，PM2.5中所包含的颗粒状污染物对人类健康的影响甚至超过了可怕的沙尘暴。

由于人类的生理结构原因，人的身体不能够过滤和阻拦PM2.5中的有害物质。

人的鼻子只能挡住部分粒径在10μm以上的颗粒物质，而那些粒径在2.5μm~10μm之间的颗粒物虽然可以进入到人的上呼吸道，但是会被呼吸系统内部的绒毛阻挡，有些会通过痰液排出，所以不会对健康造成太大的伤害。

但是小于2.5μm的颗粒物，由于不能有效的阻挡，会有相当一部分通过呼吸进入支气管，进入肺部，造成呼吸道感染，肺部的气体交换也会受到干扰。

这样就有可能使人呼吸困难引发哮喘和慢性支气管炎等疾病，甚至会间接导致心律不齐等心血管方面的问题[2]。

因此，必须高度重视对PM2.5的检测，治理以及防范。

本设计就是为了达到检测这一目的。

只有准确的检测PM2.5，才能有效的治理和防范。

根据PM2.5检测网的空气质量新标准，24小时平均值标准值分布如表1：

表1PM2.5平均值标准值分布[3]

PM2.5浓度范围（μg/m3）

空气质量

0~35

优

35~75

良

75~115

轻度污染

115~150

中度污染

150~250

重度污染

大于250及以上

严重污染

本设计根据表1将空气质量大致分为三个等级，单片机通过分析采集到的数据判断PM2.5的浓度落在哪一个浓度区间，从而判断出空气质量等级，并作出相应的反应。

本论文层次分明，按功能将设计分为几大部分，化整为零。

各单元再紧密配合，实现所有功能。

1概述

1.1系统组成

判断大气空气质量的指标很多，本论文选择比较典型的PM2.5这一指标作为本次设计对空气质量的主要评定依据。

根据空气中PM2.5的浓度将空气质量分为优良、轻度污染、重度污染三个等级。

本系统以单片机为核心，通过检测单元采集大气中PM2.5浓度，然后单片机负责处理分析由检测单元传过来的数据，最后将分析结果送给显示单元。

图1为系统组成框图，其中检测单元主要包括传感器和模数转换电路，显示单元包括LED显示，LCD显示，蜂鸣器报警。

图1系统组成框图

1.2硬件设计

本系统采用模块化设计，将整个系统细化为一个个小单元，各单元分别实现不同的功能，最后根据它们之间的相互关系，将它们整合到一起，这样能够达到简化设计的目的。

这些单元主要包括单片机、传感器、A/D模数转换电路、液晶显示电路、LED显示电路、按键电路等功能模块。

各模块之间的关系如图2所示，传感器将空气中的PM2.5浓度转化为模拟的电压信号，由于本设计采用的单片机不能识别模拟信号，所以需要A/D模数转换电路将模拟信号转化为数字信号，单片机分析处理数据，将分析结果通过LCD、LED、报警模块显示出来。

图2硬件设计框图

1.3软件设计

软件部分按照其功能的不同，主要可以划分为主程序部分，按键部分，显示部分，报警部分，A/D转换部分等。

2

电路设计

2.1原理图

见附件一

2.2单片机及外围电路设计

2.2.1AT89C52介绍

AT89C52是一款CMOS8位的高性能单片机，它由美国ATMEL公司生产，现在有许多控制场合都采用AT89C52。

它不仅兼容标准的MCS-51指令系统和8051产品引脚，它还拥有更大的只读程序存储器和随机存取数据存储器，而且AT89C52除了具备AT89C51的定时器/计数器T0和定时器/计数器T1，还额外增加了一个定时器/计数器T2，使设计更加丰富、灵活[4]。

（1）主要性能特点：

①与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

②8K字节可重擦写FLASH闪存存储器

③1000次写/擦循环

④时钟频率：

0Hz—24MHz

⑤三级加密存储器

⑥256字节内部RAM

⑦32个可编程I/O口线

⑧3个16位定时/计数器

⑨6个中断源

⑩可编程串行UART通道

⑪低功耗的空闲和掉电模式

⑫片内振荡器和时钟电路

图3引脚图

（2）引脚功能

①P0端口：

该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。

当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。

当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。

在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻[5]。

②P1端口：

该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址[5]。

另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表2所示。

表2P1口管脚复用功能

端口引脚

复用功能

P1.0

T2（定时器/计算器2的外部输入端）

P1.1

T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）

P1.5

MOSI（用于在线编程）

P1.6

MISO（用于在线编程）

P1.7

SCK（用于在线编程）

③P2端口：

该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号[5]。

④P3端口：

该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流[5]。

在AT89C52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表3所列。

在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。

表3P3端口引脚与复用功能表

端