一种基于51单片机的粉尘监测系统的设计—定稿.doc
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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
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1课题背景 1
1.2国内外研究现状 1
2系统仿真软件及总体设计方案 1
2.1Keil4软件开发坏境 1
2.2软件烧录工具 2
2.3程序结构分析 4
2.4整体的设计方案 4
2.5电源模块 5
3主要元器件简介 5
3.1GP2Y1010AU0F传感器简介 5
3.2ADC0832模数转换器简介 8
3.3LCD1602液晶显示屏 10
3.4STC89C52单片机的简介 13
4系统单元电路模块设计 16
4.1主控制模块 16
4.2显示模块电路 17
4.3关于报警模块的设计 17
4.4按键模块的设计 18
4.5粉尘模块电路设计 18
4.6电源部分的设计 19
5系统测试与实现 20
5.1系统程序流图 20
5.2仿真电路 21
5.3软件跟硬件结合 22
5.4测试结果分析 24
5.5系统实现 24
6、总结 25
致谢 26
参考文献 27
附录1：
系统整体电路原理图 28
附录2：
系统设计部分源程序 29
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
II
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：
电源模块
按键模块
ADC0832
单片机
STC89C52最小系统
LCD显示
粉尘传感器
蜂鸣器报警
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
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