粉塵顆粒檢測儀研制

薛瑞麒 張新建 李痛快 韓堅潔

PM2.5 粒徑比較小，但卻含有大量對人體有害的物質，人類長期處在這種環境中會嚴重危害人體健康。對于環境中可吸入粉塵的檢測，對于防治PM2.5 的污染具有很重要的作用。

設計一種操作簡單，容易上手的大眾版粉塵顆粒檢測儀。它由AT89C52 單片機和GP2Y1010AU0F 光學空氣質量傳感器組成，將當前空氣中粉塵濃度顯示在液晶顯示器上，作為空氣中可吸入粉塵顆粒物的檢測設備使用。

2013 年，全國科學技術名詞審定委員會將PM2.5命名為細顆粒物。

PM2.5 是指大氣中含有的直徑小于或等于2.5μm的顆粒物，也被稱為可入肺顆粒物。其直徑非常小，以至于還不到人的頭發絲粗細的1/20。盡管PM2.5 只是地球大氣中含量很少的部分，但它對空氣質量的危害和環境能見度的影響卻不可忽視。與其他大氣顆粒物相比較，PM2.5 的直徑相對更小，含有對人體有危害的物質相對更多，并且在大氣中的停留時間也比其他顆粒物更長、傳播距離更遠，造成大范圍的大氣污染。PM2.5 通過呼吸道進入肺泡，損害人體健康，引發很多疾病，對人體的危害不容小視。PM2.5 的影響對環境和對人體健康的危害程度遠遠大于其他空氣粉塵。PM2.5 的這個檢測標準最早是由美國人提出來的，主要是為了檢驗工業而提出這個數值的，而現在PM2.5 指數已經是空氣污染一個重要的參數了，現在PM2.5 寫入”國標”，納入各省市強制監測范疇，要求隨時對其進行檢測。

隨著社會的進步，工業化水平的提高，科技為人類生活和工作帶來了很多便利。然而人們在享方便生活和工作的同時，不得不面對我們對自然的不合理開發，對自然環境造成的嚴重污染，使生存環境越來越差的現實。所以人類必須采取相應措施，合理利用開發自然資源，與大自然和睦相處，才能繼續更好的生活。進入21 世紀以來，環境問題就越來越嚴重，而這與人們對生活質量要求的提高形成了矛盾，因此關注和重視環境的保護問題已經慢慢步入了所有人的關注范疇。人類要治理好環境問題，必須要對造成環境問題的原因有深刻的了解，并對癥下藥，才能達到出其不意的結果。所以市面上出現了各種各樣的空氣質量測試儀。

總體設計

PM2.5 粉塵顆粒檢測儀總體設計

粉塵檢測儀的處理部分選用AT89C52 單片機，周圍環境空氣檢測系統選用GP2Y1010AU0F 光學空氣質量傳感器，GP2Y1010AU0F 光學空氣質量傳感器根據當前環境中PM2.5 含量的比例輸出模擬電壓信號，該信號經過A/D 轉換器轉換后，由單片機AT89C52 進行數據的分析、轉換，并顯示在液晶屏上。機器運行前設定報警閾值，當周圍環境中的PM2.5 的含量濃度超過人為設定的報警閾值是，發出聲光報警；對周圍環境中的餓可吸入肺顆粒物濃度進行快速的檢測。

軟件設計

PM2.5 粉塵顆粒檢測儀的軟件部分包括：系統初始化部分、數據采集分析部分和顯示程序。初始化程序包括對單片機AT89C52 的初始化和GP2Y1010AU0F光學空氣質量傳感器的初始化。對當前環境中的可吸入肺顆粒物的濃度進行采集、分析，并將其數據作為結果，之后與開始時手動輸入的報警閾值進行比較。通過顯示程序將結果轉換成十進制，輸送到顯示屏，最終在液晶顯示器上顯示出當前環境的PM2.5 濃度。程序流程如圖2 所示。

圖1 系統結構圖

圖2 程序主流程圖

硬件設計

傳感器

GP2Y1010AU0F 是一款光學空氣質量傳感器，設計用來感應空氣中的塵埃粒子，由紅外發光二極管和廣電晶體管及放大電路組成。側面安裝型。它通過光學的反射原理可以檢測到空氣中的塵埃，特別是它能有效的檢測非常微細的顆粒，如香煙煙霧。此外，它可以區分屋內煙塵。適用于空氣凈化器，空調，空氣監測等。輸出脈沖模式的電壓信號。

A/D 轉換器

由于測量的粉塵并不要求高速，所以選擇低速，高精度的A/D 轉換器。對采集到的模擬數據進行A/D 轉換，轉換成處理單元能夠識別處理的數字量。

單片機

采用AT89C52 單片機，對數據采集、計算和處理當前濃度數據結果。當環境中的PM2.5 的濃度超過報警閾值時，報警器產生聲光報警，在顯示屏上顯示當前PM2.5 濃度值。

操作鍵

設備一共有三個操作鍵（加，減，復原），進行檢測PM2.5 濃度的報警界限的設置。

報警器

聲光報警單元由發光二極管和蜂鳴器組成。當測量氣體達到報警閾值時，二極管發亮，蜂鳴器鳴響。

結束語

本次設計的PM2.5 粉塵顆粒檢測儀主要適用于家庭，辦公室等小場合的室內環境中粉塵含量的測定。此檢測儀價格低廉，操作簡單明了，數據顯示一目了然，并可自主設定報警閾值。