灰尘传感测试仪器设计 和实现电气工程专业.doc

摘 要 近年来当人们享受着经济高速发展所带来的红利的同时，环境污染问题也深深的烙印在人民大众的心里。每年关于雾霾的讨论不绝于耳，从国家到个人都开始在思考如何解决空气环境的污染。诸如源头治理，关停整改高污染高消耗工厂，沙漠绿化，绿色出行等等。在我们平日的生活中，除了留心加强自身环保意识，我们也格外关注当前环境下的空气状况，比如是否需要戴口罩，是否适宜户外运动等等，而手机上各种天气预报无法做到对我们当前小范围的空气监测。因此拥有一个方便简洁的能够快速检测当前空气质量的仪器显得很必要。 本课题研究如何检测当前小范围空间中空气所含灰尘含量，实时显示当前空气中灰尘浓度，并设置报警值，形成一个集监测，报警的小系统。该系统可以给人们的出行，室内外活动提供空气状况的直观数据，便于使用者做出判断。 关键词：PM2.5、单片机、液晶显示、传感器技术、PCB ABSTRACT In recent years, when people enjoy the rapid economic development brought about by the dividend, while the environmental pollution problem is also deeply imprinted in the hearts of the people. Every year on the haze of discussion, from the country to the individual are beginning to think about how to solve the air pollution. Such as the source of governance, shut down the rectification of high pollution and high consumption of factories, desert greening, promote the practice of low-carbon environmental travel, etc.. In our daily life, in addition to strengthen their awareness of environmental protection, we also pay special attention to the current situation of air environment, such as whether to wear a mask, is suitable for outdoor sports and so on, and all kinds of mobile phone weather forecasting cannot do air monitoring on our current small range. Therefore, it is necessary to have a simple and convenient instrument which can quickly detect the current air quality. This paper studies how to detect the dust content of the air in the small space, and displays the concentration of dust in the air, and sets the alarm value. The system can provide people with travel, indoor and outdoor activities to provide intuitive data on the air condition, easy for users to make judgments. Keywords：PM2.5、MCU、LCD、sensor technology、PCB 目 录 1 绪论………………………………………………………………………………1 1．1 灰尘检测的发展状况……………………………………………………1 1．2 课题研究的意义……………………………………………………………1 1．3 课题研究的内容……………………………………………………………2 2 设计思路与主要部件…………………………………………………2 2．1 总体设计思路…………………………………………………………2 2．2 主要元器件的选择………………………………………………………2 2．2．1 单片机………………………………………………………………2 2．2．2 ADC0832……………………………………………………………3 2．2．1 灰尘传感器……………………………………………………………4 2．2．1 LCD1602……………………………………………………………5 3 硬件电路设计……………………………………………………………6 3．1 报警电路………………………………………………………………6 3．2 按键电路………………………………………………………………7 3．3 传感器连接电路………………………………………………………7 3．4 液晶显示电路…………………………………………………………8 3．5 电路板的制作………………………………………………………8 4 仪器盒体设计……………………………………………………………9 4．1 材料选择………………………………………………………………9 4．2 结构设计………………………………………………………………10 5 软件设计……………………………………………………………………12 5．1 STC51开发环境及调试工具……………………………………………12 5．2 程序设计…………………………………………………………………13 5．2. 1 程序设计结构……………………………………………………13 5．2. 2 AD转换程序………………………………………………………14 5．2. 3 LCD1602初始化程序……………………………………………16 5．2. 4 液晶显示程序……………………………………………………17 5．2. 5 中断程序……………………………………………………………20 5．2. 6 主程序………………………………………………………………21 6 结论…………………………………………………………………………23 参考文献…………………………………………………………………………25 附录………………………………………………………………………………26 致谢………………………………………………………………………………37 1 绪论 以往各地发展经济是往往很少考虑环境污染问题，一味的追求GDP增长之后带来的严重后果开始显现。尤其是空气污染问题深深的烙印在人民大众的心里，各种与空气污染相关的疾病比如呼吸道感染，肺癌等等不停的困扰着人们的生活，成为当今的热点问题。除了带来病痛，雾霾造成的其他恶劣影响也给人们带来巨大的困扰与不便。当雾霾天成为家常便饭，戴口罩出门成了必要装束，我们俨然已沦陷在雾霾中，这不仅对人们的身体健康造成影响，也严重的影响到了社会生产活动。时常在新闻里听到某地出现大雾霾天，可见度低，机场航班延误，高速封锁等。在这样的背景下，人们对于良好的空气环境的渴望愈加强烈，关于改善空气质量的呼声也越来越强烈，从国家到个人都开始在思考如何解决空气环境的污染。诸如源头治理，关停整改高污染高消耗工厂，沙漠绿化，私家车限号出行，提倡绿色生活等等。在我们日常生活中，我们格外关注的应该是当前环境下的空气状况，比如今天是否需要戴口罩，是否适宜户外运动等等。而手机上各种天气预报无法做到对我们当前小范围的空气监测，因此拥有一个方便简洁的能够快速检测当前空气质量的仪器显得尤为必要，能让我们及时的了解当前情况，安心的安排各种事宜。 1．1灰尘检测的发展状况 当前我国对于空气状况的检测开始加大投入，在我国最新颁布的《环境空气质量标准》中也加入了PM2.5指标，同时在各大中小城市建立监测点。这些监测点属于室外大空间抽样检测，未能形成系统性，全局性的检测。而本课题旨在对室内、室外当前空间的检测，具有高可靠性和实时性。当前社会行业对于这种个人实时检测空气状况的仪器还处于快速发展当中，未形成产业化，标准化，有待于进一步的推广和创新。在国外，由于他们很早之前就进入了工业化时代，由于未能注意环境污染问题，所以欧美国家很早之前就经历过空气污染，而且更为严重，比如当时的英国伦敦，被称为雾都。因此他们对于空气状况的检测比较早，他们侧重于对灰尘的空间分布，组成成分以及分析污染源，然后采取有效的措施遏制污染，因此现在欧美有关国家的空气状况比我们发展中国家好很多。相比于国外，我国起步较晚，有较大发展和提升空间，再加上现在科技更加发达，检测手段更加高效和准确，可采取的措施也更加科学，所以我国的空气检测方面将进飞速发展。 1．2 课题研究的意义 在人们对生活质量的要求进一步提高时，一个适宜的生活环境便显得尤为重要。当年轻人晨跑或夜跑时，当老年人晨练时都需要关注当前的空气状况是否适合运动。人们关切他们吸入的空气是否干净，是否影响身体健康。因此拥有一个便携的灰尘检测仪器对人们来说必要的，特别是 那些对粉尘过敏的人来说，这款仪器区别于天气预报中的某一区域灰尘浓度，它测到的是当前空间的灰尘浓度，更贴近人们的生活，也更能满足人民的需求。 1．3 课题研究的内容 本课题研究如何检测当前小范围空间中空气所含灰尘含量，实时显示当前空气中灰尘浓度，并设置报警值，形成一个集监测，报警的小系统。该系统可以给人们的出行，室内外活动提供空气状况的直观数据，便于使用者做出判断。 2 设计思路与主要部件 2．1 总体设计思路 根据51单片机搭建最小系统（添加外部复位和时钟电路），然后依次设计出LCD1602液晶显示与单片机的接线电路，蜂鸣器报警电路，按键电路以及AD0832、51单片机和灰尘传感器的外部连接电路，电源输入电路等。由LCD1602来充当仪表显示出颗粒物浓度值，通过按键来设置灰尘浓度警戒值，当灰尘浓度超过警戒值时，蜂鸣器报警。 按键部分由三个开关组成，其中两个开关为增减按键，另一个按键用来进入设置警戒值模式。 系统整体框图如下： 按键 51单片机 灰尘传感器 液晶显示 报警 AD转换 图2-1系统框图 2．2．1 单片机 STC89C52单片机，具有8K系统可编程闪速存储器，具有很高的存取速度，并且很容易擦除和重写。52单片机依旧用的是51的内核，在其基础上拓展了功能，因此52单片机比51单片机在功能上更加强大了。在本科期间，从大一开始涉及最多的单片机也就是51系列的单片机，应该说这款单片机即使功能强大，其操作性还是极其方便的，因此所有着手学习单片机系统的爱好者，选择51系列的单片机是嵌入式系统入门的不二选择，搭配简单的C程序，使它在学生群体中使用度最高。其内部结构框图如下所示。 图2-2单片机内部结构图 2．2．2 ADC0832 ADC0832是一款双列直插式的CMOS器件，8位双缓冲D/A转换器，采用的是逐次逼近型方法，工作电压同51单片机一样都是5伏，再加