基于单片机的粉尘检测仪控制电路.doc

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III

基于单片机的粉尘检测仪控制电路

摘要

随着现代工业的发展，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。

然而我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。

除废气、废水外，颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。

粉尘是空气质量的重要指标，粉尘的检测就愈重要。

粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度，适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测和污染源调查等。

本课题以光散射原理为基础，围绕单片机为核心，完成检测仪数据采集、显示等电路的设计。

开发完整的具有成本低、运行稳定可靠、开发周期短等优点的高性能控制系统，并熟练掌握单片机系统及其相关的软件调试工具的使用。

关键词：

粉尘，光散射，空气采样，A/D转换，显示

TheDustDetectorBasedonSingleChipControlCircuit

ABSTRACT

Withmodernindustrialdevelopment,industrializationlevel,people'slifeandworkhavealotofconvenience.However,wemoreandmoreseriousenvironmentalpollution,especiallyairqualityhasdeclined.Inadditiontoemissions,wastewater,theparticlesofdust,smokeanddustemissionstotheairpollutionhasbecomeaveryprominentissue.Dustisanimportantindicatorofairquality,dust,themoreimportanttest.Dustdetectorismainlyusedfordetectionofdustconcentrationintheenvironment,thelabordepartmentforindustrialandminingproductionsitedeterminationofdustconcentration,theenvironmentdepartmentofenvironmentalmonitoringofairborneparticulatepollutiondetectionandinvestigation.Thetopicstolightscatteringtheory,basedaroundtheMCUcore,completedetectordataacquisitionanddisplaycircuit.Developmentofacompletelowcost,stableandreliableoperation,theadvantagesofshortdevelopmentcycle,high-performancecontrolsystems,andmastermicrocontrollersystemandrelatedsoftwaredebuggingtools.

KEYWORDS:

dust,lightscattering,airsampling,A/Dconverter,display

目录

摘要 I

ABSTRACT II

1绪论 1

1.1前言 1

1.2选题背景及研究意义 1

1.2.1选题背景 1

1.2.2研究意义 1

1.3国内外相关发展情况 2

1.3.1粉尘测量方法 2

1.3.2粉尘检测仪的性能与优点 3

1.4本文主要研究内容 3

1.4.1硬件电路 3

1.4.2系统联调 4

2基于单片机的粉尘检测仪硬件设计 5

2.1系统的功能和技术指标 5

2.1.1系统功能功能 5

2.1.2主要技术指标 5

2.2粉尘检测原理 5

2.3系统硬件设计框图 6

2.4软件程序流图 7

2.5工作原理 7

3粉尘测试仪硬件设计 9

3.1单片机部分 9

3.1.1系统CPU器件选择 9

3.1.2单片机引脚分配及连接 12

3.2信号采集电路 13

3.2.1敏感元件 13

3.2.2A/D转换电路 14

3.2.3ADC0809的主要特性 14

3.2.4ADC0809芯片的引脚图及引脚功能 15

3.2.5ADC0809对输入模拟量要求及通道选择 16

3.2.6ADC0809的应用说明 17

3.2.7ADC0809数据采集时序图 17

3.2.8ADC0809与AT89C51单片机的接口设计 17

3.2.974LS74 18

3.2.1074LS373 20

3.2.1174LS02介绍 22

3.2.1274LS04介绍 23

3.3数码管显示部分 24

3.3.1LED数码管概述 24

3.3.2LED数码管动态显示方式 26

3.3.3显示接口设计 28

3.4键盘电路设计 29

3.5报警电路设计（蜂鸣器） 30

3.6看门狗部分的设计 30

4联调结果及仿真 32

4.1设计软件PROTEUS 32

4.1.1PROTEUS功能特点 32

4.1.2功能模块 32

4.2系统概述 33

4.3KEIL与PROTEUS联调 34

5结论 36

致谢 37

参考文献 38

附录1电路图 39

附录2PCB图 41

41

基于单片机的粉尘检测仪控制电路

1绪论

1.1前言

随着现代工业的发展，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。

然而人们享有方便生活和工作的同时，不得不面对，由于对自然的不合理开发，对自然环境的污染等，使生态环境遭到严重破坏，生存环境越来越差的现实。

人类必须采取相应的措施，合理利用开发自然资源，与自然和谐共生。

我们的环境污染越来越严重，尤其是空气质量日益下降。

维护生态环境质量越来越成为社会的迫切要求。

除废气、废水外，颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。

粉尘是空气质量的重要指标，粉尘的检测就愈重要。

已有研究表明，大气中的可吸入颗粒物对人体健康和生态环境有很大的影响。

我国空气质量超标的城市中68%都存在可吸入颗粒物的问题。

我们必须要做到“知己知彼”，既要做到监控和额检测。

知道病灶所在才能对症下药，从而药到病除。

因此市面上出现了各种各样形形色色的环境测试仪。

1.2选题背景及研究意义

1.2.1选题背景

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。

但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病；另一方面粉尘浓度过高还潜伏着爆炸的危险。

每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。

粉尘又称可以入颗粒物（inharableparticularmatter），粉尘作为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。

生产中许多及其工作环境对粉尘浓度也有要求。

目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。

因此，及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。

由此可以看出粉尘对人类健康和生产危害十分严重。

因此，粉尘浓度测试仪意义很重大[8]。

1.2.2研究意义

粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度，适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测和污染源调查等【9】。

1.3国内外相关发展情况

国内外有很多种粉尘检测仪。

粉尘检测仪主要由信号采集，信号处理，数字显示以及对参数的控制和设置等几部分构成。

以89S52单片机为主控制器，对粉尘传感器检测到的粉尘数据进行处理后并显示同时与PC机进行数据通信，PC机可更改用户参数完成不同情况测量同时可输出存储的数据测量方法也各不相同。

 目前，世界各国对粉尘浓度的测量技术都做了大量研究，研制了一系列粉尘监测仪器，如粉尘采样器、直读式测尘仪、粉尘浓度传感器等。

特别是粉尘浓度传感器的出现，解决了粉尘采样器、直读式测尘仪不能实时监测作业场所粉尘浓度的问题[8]。

国外有代表性的产品为英国的Simslin系列监测仪以及其升级产品OSIRIS粉尘传感器和计算机粉尘监测系统；德国丁达尔公司生产的TM系列粉尘仪；俄国研制的Ⅱ-101型自动测尘仪；日本柴田LV一5E、P5系列微电脑粉尘仪；美国研制的RAM系列实时粉尘监测仪、粉尘雷达和Auburn公司生产的3400型粉尘监测仪。

其中Simslin系列监测仪、TM系列粉尘仪、LV-5E、P5系列微电脑粉尘仪采用光散射法，Ⅱ-101型自动测尘仪采用光吸收法，3400型粉尘监测仪采用摩擦电法测量粉尘浓度。

    国内粉尘浓度在线监测技术的发展较晚，主要以采样器、直读式测尘仪为主，但最近几年，随着信息技术的发展及光电子技术、计算机技术的提高，煤炭科学研究总院重庆研究院最先在国内开发出了GCG500型粉尘浓度传感器。

国内其他厂家也陆续引进、开发出了粉尘浓度传感器，其生产厂家有郑州光力科技股份有限公司、江苏三恒科技集团、南京富邺科技股份有限公司等。

国内外粉尘浓度在线监测技术大多采用光散射法原理，但在其测量误差、测量范围和工作电流上有所差别。

国外仪器大多采用分段方式测量，而且工作电流较小，除Simslin-Ⅱ之外，其他测尘仪的测量准确度较高，但粉尘浓度测量范围偏小。

国内仪器测量范围宽、准确度低、工作电流大，其中GC1000型粉尘浓度传感器测量误差达到了25%。

通过现场调查和查阅相关资料，国内粉尘浓度传感器主要是煤炭科学研究总院重庆研究院生产的GCG500型粉尘浓度传感器在市场上的应用较多，先后在安徽、山东、山西、甘肃、贵州、河南、辽宁、内蒙等多个省份使用。

同时以该传感器为核心部件的ZPA-63S型粉尘浓度超限喷雾降尘装置，可根据作业场所粉尘浓度大小进行设限喷雾：

当作业场所粉尘浓度高于设定值时开始喷雾，低于设定值时停止喷雾，从而实现了高效的喷雾降尘，节约了水、电。

1.3.1粉尘测量方法

国外对粉尘浓度在线监测技术研究较早，主要有电容法、β射线法、光散射法、光单，但电容测量值与浓度之间并非一一对应的线性关系，电容的测量值易受相分布及流型变化的影响，导致较大的测量误差[1]；β射线法虽然测量准确，但需要对粉尘进行采样后对比测量，很难实现粉尘浓度的在线监测；超声波法、微波法测量粉尘浓度还处于