一种基于51单片机的粉尘监测系统的设计定稿资料.docx
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一种基于51单片机的粉尘监测系统的设计定稿资料
届别2016届
学号
毕业设计
基于51单片机的PM2.5检测系统的设计与实现
姓 名
系别、专业电子信息与电气工程学院
电子信息科学与技术专业
导师姓名、职称
完成时间2016年5月10日
摘要
现在社会发展的越来越快，随着工业的发展，虽然给人们的生活带来很多便利。
但是，在生产过程产生很多对人体有害的因素工业生产过程中会，例如煤炭灰开采、水泥生产等行业中的粉尘污染。
我的设计采用由LCD1602液晶模块、STC89C52单片机最小系统、ADC0832模数转换器模块、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块组成。
单片机是通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，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，测量空间中的粉尘浓度如果大于当时设置粉尘浓度时，蜂鸣器就会产生报警的声音和发光二极管发出声光报警。
当然，粉尘的浓度报警值我们可以通过按键来进行设置。
关键字：
GP2Y1010AU0F传感器；粉尘检测；空气质量
Abstract
Withthedevelopmentofsocietyandindustry, which bringsalotofconvenience topeople'slife. However,itwillproducealotofharmfulfactorsintheprocessofindustrialproduction,suchascoalmining,cementproductionandotherindustriesinthedustpollution. In avarietyofriskfactors onhumanhealtheffectsof themostserious. Thedustharmtohumanbodyis themostdirect, themostseriousisthe causeofpneumoconiosis.Whenthedustconcentrationistoohigh, the hightemperaturedryingtime mayexplode.
ThedesignusedbySTC89C52MCUminimumsystem,gp2y1010audustsensor,ADC0832ADCmodule,LCD1602LCDmodule,powersupplymodule,buzzeralarmmoduleandakeymodule. Single-chipmicrocomputerreal-timethroughtheADC0832conversionchipacquisitiongp2y1010audustsensordustconcentration,throughthesingle-chipmicrocomputerdataconversionprocessingintheLCDscreendisplayintheairquality,whenthespatialmeasurementofdustconcentrationishigherthanthesetofdustconcentration,buzzerandlight-emittingdiodesemitsoundandlightalarm. Thedustconcentration alarmvaluecanbeset throughthebuttons.
Keywords:
GP2Y1010AU0Fdetectionsensors;Dustdetection;dustandairquality
1绪论
1.1课题背景
粉尘又称可吸入颗粒物，它是能被呼吸道粘连，直径有10um的颗粒物状，对人的眼睛、上呼吸道、鼻腔都非常有害。
粉尘和烟雾它是做为病菌的载体，如果一旦分散到空气中，就会很容易传播各种疾病。
人们长久呼吸或长久散落皮肤上会容易导致癌症。
由此可以看出粉尘对人体健康和生产的会产生巨大危害性，煤矿井下管道作业、煤炭生产都要产生大量的粉尘，加上煤炭井下没有通风的条件，煤尘浓度可高达1000mg/m³以上。
在这环境中工作中，工人会吸入大量的粉尘，如果粉尘长时间进入人的呼吸系统，大量粉尘会在肺泡中沉积，会引起慢性职业病，严重的危机人的身体健康。
因此，我们必须对煤矿井下粉尘进行实时检测和采取应急的措施，及时了解煤矿井下工人的劳动环境和安全，并且掌握井下煤尘浓度及变化情况，以及采取应急措施来改变粉尘的浓度，为安全，防尘，降尘等措施提供必要现场数据和采取措施降低浓度。
1.2国内外研究现状
在我国内大多采用先进的测试粉尘技术，有的是β射线原理，其吸收量只与吸收物质的重量相关，而与吸收物质的物化性质无关，可直接读粉尘浓度。
2系统仿真软件及总体设计方案
2.1Keil4软件开发坏境
Keil4C51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
Keil4软件开发环境如图1所示：
图1Keil4软件开发环境
我用的是keil4软件开发坏境，该软件能够开发和调试软件，我用的是C语言作为开发语言，该语言是我们大学上的一门专业课语言，所以我的开发语言是C语言。
2.2软件烧录工具
在keil4软件开发完成并且编译没有错误的情况下，为了要实现软件与硬件同时工作，软件来控制硬件来达到PM2.5检测系统与实现，这样就能达到毕业设计的目的，软件烧录我用的是STC_ISP软件，运用这个软件就能把我自己设计的工程软件烧录到STC51单片机里，在把单片机芯片放到我自己焊的硬件中，就能达到测试的效果，STC_ISP软件如图2所示，还有烧录的单片机如图3所示：
图2STC_ISP烧录软件
图3烧录工具
2.3程序结构分析
主程序对所用到的外设资源进行初始化，还调用了LCD显示程序、键值设定程序、对ADC0832以及粉尘传感器数据处理程序3个子程序,LCD显示程序都需要更新数值，键值动作变化或者粉尘浓度数据有改变时。
在本章主要介绍主程序流程，和对ADC0832以及粉尘传感器数据处理子程序流程。
2.4整体的设计方案
毕业设计采用ADC0832模数转换器模块、LCD1602液晶模块、STC89C52单片机最小系统、GP2Y1010AU粉尘传感器、电源模块、蜂鸣器报警模块和按键模块模块等模块组成。
单片机实时通过ADC0832转换芯片采集GP2Y1010AU粉尘传感器的粉尘的浓度，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，当测量空间中的粉尘浓度大于设置粉尘浓度时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。
粉尘的浓度报警值可以通过按键进行设置。
系统总体框图如图4所示：
图4总体结构框图
该系统主要由粉尘检测模块GP2Y1010AU、按键设置模块、报警模块和液晶显示模块态显电路组成，下面我分别介绍实现这个系统功能的方案。
2.5电源模块
采用5V蓄电池为系统提供电源。
蓄电池是具有稳定的电压输出性能以及较强的电流驱动能力。
可以运用电脑和充电宝，用起来也比较方便也很实惠。
3主要元器件简介
3.1GP2Y1010AU0F传感器简介
一、GP2Y1010AU0F物理特性
GP2Y1010AU0F是一个采用光学传感系统的灰尘传感器。
该设备由一个光电管成对角和红外线发光二极管（IRED）布置而成。
它通过检测空气中的灰尘的反射光。
特别是，它能够灵敏有效地检测到像香烟烟雾等非常细小的粒子。
出此之外，它也还可以通过脉冲冲模拟输出来分别区分屋子内的烟雾和灰尘。
其内部原理图如图5所示：
图5GP2Y1010AU0F内部原理图
其中IRED代表红外发光二极管，Dustthroughhole代表通孔的粉尘，DustorSmokeparticle代表粉尘或烟雾粒子，amplifiercircuit代表放大电路，Forsensitiveadjustment代表对于敏感的调整；
其主要参数如表1所示：
表1GP2Y1010AU0F主要参数
主要参数
技术条件
备注
灵敏度
0.5V/（0.1mg/m3）
输出电压
0.9（TYP）
无灰尘
供电电流
11mA
体积规格
46.0*30.0*17.6
单位mm
兼容性
兼容
无铅ROHS指令
供应电压Vcc
-0.3~+0.7
单位V
输入终端电压
-0.3~Vcc
Vled单位V
适应温度
-10~65
单位℃
其电光特性如表2所示：
表2GP2Y1010AU0F光电特性
参数
符号
工作条件
最小
典型值
最大
单位
灵敏度
K
1*2*3
0.35
0.5
0.65
V/（0.1mg/m3）
输出电压
Voc
1*2*3
0
0.9
1.5
V
输出电压范围
Voh
Rl=4.7K
3.4
-
-
V
LED端子电流
I（led）
LED端子=0V
-
10
20
mA
消耗电流
Icc
RL=无穷大
-
11
20
mA
其中灵敏度是由输出电压变化量规定时粉尘浓度有0.1毫克/立方米指定。
LED输入端子输入的条件如表3所示：
表3LED输入端子输入条件
参数
符号
数值
单位
脉冲周期
T
10
1
ms
脉冲宽度
Pw
0.32
0.02
ms
工作电源电压
VCC
5
0.5
V
其引脚定义和实物图如图6所示：
图6GP2Y1010AU引脚定义和实物图
二、GP2Y1010AU0F检出方法
GP2Y1010AU0F插上电源或者接上干电池后，1秒内就会稳定、正常的工作，可以进行检出。
我们使用的方法是：
从输出的电压来进行分析和判定。
首先测出无尘无烟时的电压值并且保存下来。
灰尘和烟检出时输出的区别：
一般，烟是细小的颗粒，密度很高，狂撒速度非常的快。
灰尘粉尘是一个一个的大颗粒，密度非常低，陆陆续续式的进入灰尘传感器的检出区域并且进行检测。
就如图7所示，
图7GP2Y1010AU0F检测灰尘和烟雾输出电压波形比较
3.2ADC0832模数转换器简介
ADC0832功能与引脚简介
ADC0832是双通道A/D转换芯片，也一种8位分辨率。
因为它体积非常小，兼容性也比较强，性价比高。
ADC0832具有以下特点：
·8位分辨率；
·双通道A/D转换
·输入输出电平与TTL/CMOS相兼容
·5V电源供电时输入电压在0-5V之间
·工作频率为250KHZ，转换时间为32μS
·一般功耗仅为15mW
·8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装
·商用级芯片温宽为0°C～+70°C，工业级芯片温宽为-40°C～+85°C
ADC0832实物引脚图如图8所示：
图8ADC0832实物引脚图
芯片引脚接口说明：
·CS_片选使能，低电
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