单片机PM2.5浓度检测仪毕业设计论文豪华版.doc

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面

摘要

因为空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害现象加重。

中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。

统称为“雾霾天气”。

雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。

有关雾霾的重大事件层出不穷，如1952年伦敦烟雾事件，伦敦杀人雾在四天内夺走了4000多条人命；还有2013年初北京肆虐横行的雾霾事件，轰动一时。

因此，对PM2.5的测量显得越来越重要。

本设计采用AT89C52单片机为控制中心，由GP2Y1010AU0F灰尘传感器测量空气粉尘浓度，LCD1602显示屏显示当前空气粉尘浓度。

当空气中粉尘浓度达到所设定限度启动蜂鸣器自动报警，且能实时对应显示相应的LED灯，直观提醒当前的污染级别。

该系统电路简单、工作稳定、集成度高，调试方便，测试精度高，具有一定的实用价值。

关键字：

PM2.5、单片机、粉尘浓度、GP2Y1010AU0F、自动检测

目录

第一章、概述 1

1.1、设计的主要内容和意义 1

1.1.1、设计的主要内容 1

1.1.2、设计的主要意义 1

第二章、主控制器及主要器件 2

2.1、AT89S52单片机 2

2.2、A/D转换芯片ADC0832 7

2.3、1602LCD液晶显示屏 9

2.4、夏普粉尘传感器GP2Y1010AU0F 11

第三章、硬件电路设计 12

3.1、电路设计框图 12

3.2、系统概述 13

3.3、单片机最小系统 13

3.4、粉尘传感器电路设计 17

3.5、A/D转换 18

3.6、LCD显示模块设计 19

3.7、按键电路 20

3.8、报警电路 21

3.9、污染级别提醒电路和程序下载电路 21

第四章、程序设计及软件应用 22

4.1、主程序设计 22

4.2、主要子函数的设计 24

4.3、keil的应用 29

4.4、protel99se的应用 30

4.5、Proteus的应用 31

第五章、设计的应用及相关实验 33

5.1、PM2.5简介 33

5.1、PM2.5的主要来源 34

5.2、PM2.5的现状及常用数据 35

5.2、设计主要用途及应用的场景 37

5.2.1、主要用途 37

5.2.2、应用场景 37

5.3、应用设计进行的相关实验及结论分析 37

5.3.1、实验一:

东湖公园检测测 37

5.3.2、实验二：

路口检测 37

5.3.3、实验三：

常见生活场景检测 38

5.3.4、检测分析 38

5.3.5、应对方法 39

第六章、总结 39

致谢 40

参考文献 41

附录 42

附录1.原件清单 42

附录2.原理图 43

附录3程序源代码 44

第一章、概述

1.1、设计的主要内容和意义

1.1.1、设计的主要内容

本设计提出的“PM2.5监测”的方案最基本的实现方法是由单片机、粉尘监测传感器、显示模块、报警器等模块组成的电路，GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集空气中PM2.5的浓度值，经过AT89C52单片机处理后，在LCD1602液晶上显示，并且设置一个报警值，检测的PM2.5浓度值超过报警值后，蜂鸣器报警，报警值可以用按键手动调节。

另外，该设计在实时检测浓度的同时，根据当前检测浓度亮起相应的灯，浓度范围分别为：

检测的PM2.5的浓度值在0-0.1，绿灯亮，表示环境良好；

检测的PM2.5的浓度值在0.1-0.3，黄灯亮，表示轻度污染；

检测的PM2.5的浓度值在0.3以上，红灯亮，表示重度污染；

1.1.2、设计的主要意义

21世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。

我们已经进入了高速发展的信息时代，测量技术是当今社会的主流，广泛地深入到应用工程的各个领域。

因为空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害现象加重。

中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。

统称为“雾霾天气”。

雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。

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，粒径小于100微米的称为TSP（TotalSuspendedParticle），即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10（PM为ParticulateMatter缩写），即可吸入颗粒物；粒径小于2.5微米的称为PM2.5，即可入肺颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。

虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。

世界卫生组织发布的报告显示，无论是发达国家还是发展中国家，目前大多数城市和农村人口均遭受到颗粒物对健康的影响。

高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。

据统计，在欧洲，PM2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。

人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。

粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。

被吸入人体后会直接进入支气管，刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换，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并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。

其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

因此，对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。

第二章、主控制器及主要器件

2.1、AT89S52单片机

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能:

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

内部数据存储器的高128个单元是为专用寄存器提供的，因此该区也称作特殊功能寄存器（SFR），它们主要用于存放控制命令、状态或数据。

除去程序计数器PC外，还有21个特殊功能寄存器，其地址空间为80H～FFH。

这21个寄存器中有11个特殊功能寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址刚好能被8整除。

AT89S52是一个高效的微型计算机。

它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。

其结构框图如图2.1所示。

图2.1AT89S52结构框图

AT89S52引脚功能与封装：

图2.2AT89S52引脚图

按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。

多功能I/O口：

AT89S52共有四个8位的并行I/O口：

P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O线。

每根线可以单独用作输入或输出。

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。

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。

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2.3所示。

表2.3 P1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。

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。

在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表2.4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2.4P3端口引脚与复用功能表

端口引脚

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

RST：

复位输入端。

在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。

看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。

在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。

DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。

ALE/PROG：

地址锁存允许信号。

在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。

在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。

一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号