基于单片机空气PM2.5浓度检测系统设计毕业论文

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随着柴静的纪录片《苍穹之下》的播放，现在的人们对PM2.5 已经变
6 h( C: n% W6 n- `6 n得更加的熟悉了。了解它的危害以后，监测PM2.5 已经变得具有非常重要
; I5 G, ~# k+ ?8 u的意义，尤其是小型便携式的让能够让我们我们随时随地的对空气质量进
5 Q) M9 u" B4 ^) M9 ^行检测，确保我们周围环境的质量。
同时现代社会的经济和社会得到了充分地发展，高科技技术应用于社
- u% h  ^5 ^* W$ V会的例子已经屡见不鲜，尤其在单片机快速发展的今天，单片机应用于现
今检测设备已经越来越多，形成了一定的规模，越来越小型化和多样化。
本课题主要是采用单片机对空气浓度PM2.5 的测量系统。此系统把传感器
技术与单片机的控制技术， AD 转换技术相结合, 实现对空气颗粒浓度的采
* D4 m; G! k( M$ F集。把模拟量转换成数字量，经过单片机的处理计算后，在显示屏上显示。
实践证明， 该设计系统电路便于人们对身边的空气质量进行实时监测，
从而可以有效地提高身体健康，改善人们周围的环境，具有非常重要的实
际意义，并且操作简单，集成度高、工作稳定，调试方便，测试精度高，
具有一定的实用价值，因此市场应用前景非常的广泛。

数字由于现代社会经济与科技的高速发展，人们对身边生活环境的要
3 F5 P1 x# G7 W+ t! L+ P求越来越高，经济的发展同样不可避免的带来一些负面的影响，环境污染
; ], {; L$ K! V! S  o就是其中之一，现在人们对周围的环境已经变得越来越关注。使得人们感
觉到环境对自身健康的影响有着很大一部分的影响作用，人们的关注点时
, J: ?) g( n- E* ?6 i刻的被牵引在周围的环境危害上面，现在的我们已经变得对周围环境要求
比较渴望居住在舒适的环境里，迫切的希望吸上比较新鲜的空气。
0 R" P0 ~7 n9 ]# W1 E我们大部分的时间都是在都是在我们居住的房子里，由此监测我们住
* F1 V! V0 {( B" Q- Y房的环境显得更加的有效，还我们一个舒适，安全的居住环境，由于现在
* t# ?9 i: ]/ F房屋的建材，专修房屋的材料对人体还是有一定的危害作用，例如；甲醛、
有毒的重金属颗粒物、环境的直接危害就是导致呼吸道健康方面的危机，
PM2.5 的浓度指数已经引起了不少的关注，手机上时常有着PM2.5 的浓度
! [/ U! b( ?; ^& i+ K4 K检测。现在有了高科技的快速发展，并且与其相结合的优势，对环境的检
3 {2 i7 Z- N- d6 ?( q测相对来说比较高效，并且具有实时性。
此次设计主要是利用单片机作为微处理器为核心并与粉尘传感器相结
合以及其他电路形结合，以AT89S52 单片机为核心， ADC0832 模／数转
换器、PM2.5 粉尘传感器GP2Yl010AUOF 、LCD1602 显示屏组成粉尘浓
度检测系统。它通过对当前环境地检测实现PM2.5 的采集、转换、计算
以及读取，把得到的数据经过显示屏进行显示。通过单片机将先进科技应
3 Y" F, t/ n4 a& M: B; P5 Z用于检测环境的质量，提醒人们做出相应安全防护措施，改善当前环境状
况。
# h. J) b$ T: M$ F本课题的终极目的是通过单片机与控制技术传感器技术相结合而实
' ^/ d$ g8 r1 S现对PM2.5 的检测的环境检测系统。本次设计具有很多明显的优势就是简
单便携并且材料不贵， 可操作的精度要求比较高， 并且具有可调节的优点，
3 U9 Y3 _* ]+ [( E; [此次设计以单片机作为控制中心，传感器采集的颗粒物浓度经过AD 转换
! P1 ?: m0 }5 T0 N$ T9 m2 o成数据通过单片计算输送给显示屏显示设定最大爆表值超过这个值蜂鸣报
警，实现高效便捷的检测PM2.5 浓度的作用。主要的设计内容如下：
（ 1）采用夏普GP2Y1010 传感器对粉尘颗粒采集。
+ C4 j. L( _5 c# P! [: x5 ~（ 2）使用AD0832 作为采集样品的模拟量转化为数据量
" n* r5 m* u$ z* `4 z(3) 采用AT89S52 单片机作为控制核心，计算其颗粒物的浓度
6 w# f+ N0 K9 c: _（ 4） LCD1602 作为显示屏显示所有测量值。
（ 5）通过按键设置报警值，作为检测量最高值，当测量的值高于报警值，
蜂鸣器报警。
2 k1 ?' L  R/ C6 i2 Q第1 章国内外同类设计的概况综述
§1.1 设计的历史依据及其意义
PM2.5 受到关注是在上世纪的90 年代，在美国的一些科学家或者协会
相应的做出一些研究和发表一些论文，指出了颗粒物污染的一些来源，制
/ Q8 N  g4 x  x定一些规章制度来限制各个国家地区对颗粒物的排放问题，在我国最早是
在一位网络友人“美帝是管空气” 在微博上转发的美国驻华使馆在twitter
上发表的北京PM2.5 的检测数据，严重爆表。
( t6 K6 o: b( |+ x* N/ z3 A. g而在2015 年2 月28 日柴静自费拍摄的《苍穹之下》更是揭露了现在
我们面临的种种环境危机，从而现在的我们更加的关注颗粒物的一些实质
性的危害。可以提高我国的环境保护的意识，具有不可磨灭的影响。
( y# u8 S3 K1 U  F. m6 |随着人类掠夺式地开发资源以及以牺牲环境为代价来换取工业和经济
4 y; J: e! k( m# d' D, G5 ?的快速发展，导致环境污染问题愈来愈严重。生存的环境变得苦不堪言时
6 u% k/ [4 V, d' }4 X2 t5 M常受到一些迫害，因此与大自然的和平相处已变得刻不容缓。为了解决这
些问题，所以现在的很多东西都应用了高科技的产品来实行对自身周围的
1 a7 n" f% B3 i, a, M环境进行检测，提高保护措施。
( W7 d" [& Z7 Z& B+ y; z. X§1.2 国内外检测PM2.5 主要的设计方法
重量法
重量法通俗来讲指直接将大气流中的PM2.5 颗粒被截留在滤膜上，然
( u, L) z3 h  n+ V, u/ h& I后用天平直接称重。但是仍然会有一些比较较小的颗粒会穿过滤膜，但是
/ H# J/ H, y4 G3 k/ U这些颗粒较小重量可以忽略对重量的影响不大。目前，按照重量设计的检
; y! r0 Y/ q4 ^# N# j9 a" w9 a测PM2.5 采样设备比较多，如美国URG公司生产的通用型大气污染物采样
+ D" z. ^) ]4 ~6 l2 H% q' r" P( }仪（ URG-300K ）, 中国生产的四通道PM2.5 采样器（ PR2300），TH-150 型
) a: n2 ]" T& L1 F: `/ D1 J智能颗粒物采样器。
# }5 Z5 m1 E, i) i7 ]重量法可以是说最基本的方法，是验证其他方法的标尺，是最简单，
最可靠的方法。但是也有其缺点，他需要人工来完成，并且其相应的配套
- j; p# @: ^. |1 h+ U河南科技大学毕业设计（论文）
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' e. g1 \. I: L" U' c设备也比较相当的复杂， 相对来说比较费时， 因此重量法多应用于单点上。
微量振荡天平法
1 g4 n) c" s% L0 ~; m微量震荡天平法相对来说就没有那么高的检测精度，但是它并不像重
量法那样的复杂，它主要是靠颗粒通过他的传感器（锥形管构成）改变其
震荡的频率，也就是说空气中的颗粒被截留在可随时更换的滤膜上，导致
+ j# g' p- S# d+ i- M振荡频率发生变化，这是就可以根据频率的变化来检测此时的颗粒浓度。
它能够实现连续检测的目的，并且能够自动实现。因此我国现在的很多地
& W" e8 ?. j1 g' X方目前都是采用这个方法来测定PM2.5 的浓度，从而更好地实时测量周围
* q, F- y! {1 O4 _" z的环境质量。
. i% z$ ~% q# OBeta 射线法/ β射线法
Beta 射线法基本上可以跟微量震荡天平法是一个性质类的，此方法是
& U# C/ l9 O3 l# ~# w根据射线衰减的原理来实现的，就是当射线照射在通过空气的颗粒时，相
应的接收到的射线就会相应的减少。减少的多少，根据换算公式就会计算
出颗粒物的浓度大小。此系统也有相应的缺点，那就是可能在照射的过程
# S0 Z( m. }0 w6 w% A% m中会有相应的挥发，这时就需要一些补偿的系统，能够最大限度的保证其
准确性，接近于真实值。
光散射法
光散射的原理是指；空气中的颗粒物对光具有一定的散射作用并且根据浓
度的不同散射的值也就相应的会有所不同，浓度较高时，对光的散射也不
: \# t1 s/ o! o+ K6 j3 I% e* }: t会相应的提高， 测定光值以后， 通过相应的换算公式也就会得到其浓度值。
但是，颗粒物与光的散射有着复杂的关系，颗粒的的形状，化学组成，比
  _, L% ^+ N; [& ]重，微粒的分布都会影响光的散射问题。此外，这鞋颗粒物之间有可能还
会发生一些化学反应。

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