基于单片机的PM空气质量检测论文.doc

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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

目录

引言 4

1概述 6

1.1系统组成 6

1.2硬件设计 6

1.3软件设计 7

2电路设计 8

2.1原理图 8

2.2单片机及外围电路设计 8

2.3传感器电路设计 16

2.4A/D模数转换电路 18

2.5LCD显示电路 20

2.6LED显示电路 22

2.7报警模块 23

3程序设计 24

3.1主程序设计 24

3.2按键部分 24

3.3显示部分 24

3.4A/D转换部分 27

4应用软件介绍 30

4.1keil的应用 30

4.2protel99se的应用 31

4.3Proteus的应用 33

5设计的应用 34

5.1主要用途 34

5.2应用场景 34

6结果与分析 35

总结 36

致谢 37

参考文献 38

附录1原理图 39

附录2程序源代码 40

摘要

随着现代科技的高度发展，工业生产力正在不断提高，而由此带来的负面影响也尤为显著，那就是环境的污染，它严重危害着人类的健康和生活。

雾霾，为大气污染之一，一直以来广受人们关注。

现在有越来越多的地区和国家开始高度重视雾霾天气，并将其视为一种灾害性天气。

其实，很早以前就报道过一些雾霾灾害的重大事件，在这几次事件当中，不仅危害到人们的健康，甚至还剥夺了很多人的生命，比如1952年伦敦杀人雾事件和2013年北京雾霾事件。

PM2.5，指环境中直径小于2.5μm的颗粒物，是雾霾的主要成分之一，由于其粒径小，活性强，易附有毒、有害物质，因而对人体健康威胁很大。

因此，对PM2.5的测量显得越来越重要。

本文将空气中PM2.5的浓度作为评定空气质量的依据。

本设计的控制核心采用的是非常实用的51系列单片机AT89C52，配合粉尘浓度采集装置和显示设备，共同完成数据的采集，处理及显示。

并会根据设置好的报警值报警提示，并且用不同颜色的指示灯显示空气质量。

本文详细介绍了各个单元的电路设计过程及各功能的实现方法，该系统有良好的人机交互界面，有较高的测量精度，不仅简单实用而且便于携带。

相信，它的价值一定会得到体现。

关键词：

雾霾；大气污染；PM2.5；单片机；AT89C52；空气质量

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