多功能霧霾檢測器的設計

曹志旭　李紅　金石　劉春雨

中圖分類號： X851 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0044-002

0 引言

近年來，關于長期處于粉塵含量超標的環境中而導致重大疾病產生的報道屢見不鮮，因此，環境中粉塵含量成為空氣質量好壞的重要標準之一。事實證明，粉塵在很大程度上正在威脅著人們的健康和安全，如何能快速有效的避免粉塵污染對環境和人類的危害，這也使人們對于粉塵濃度的檢測開始了關注。

通過霧霾檢測器與互聯網的有機結合，使得粉塵的濃度可以實現遠程檢測與監控，通過對濃度的變化趨勢進行分析，實現提前預警等諸多功能，對改善空氣質量、保證人們的健康與安全具有重要現實意義。

1 硬件系統設計

基于紅外激光的多功能霧霾檢測器由控制模塊，粉塵檢測模塊，顯示模塊、報警模塊、WIFI模塊組成。其中，為了使系統能夠便于攜帶，應盡量選擇體積小、低功耗單片機作為控制芯片，將傳感器模塊所采集的相關數據進行分析處理后，將檢測結果通過顯示模塊予以顯示。當檢測結果超過設定標準時，控制模塊向報警模塊發送命令，產生報警提示音，提醒用戶環境出現潛在危險。

空氣質量檢測儀的WIFI功能，可以將所采集的數據進行無線傳輸，送至路由器與網絡服務器進行分析和記錄。系統框圖如圖1所示。

圖1 霧霾檢測器系統框圖

1.1 控制模塊選擇

選擇STC公司的8位單片機STC12C5A60S2作為系統的控制核心。STC12C5A60S2具有增強型8051內核，單時鐘機器周期。同時，具有可編程時鐘輸出功能，2個全雙工異步串行口，1個高速同步通信端口，8通道10位ADC。其內部還具有高可靠上電復位電路和硬件看門狗。由于其低廉的價格、簡單的使用方式和很強的控制、運算性能，被廣泛運用于商業設備研制。

1.2 粉塵檢測模塊選擇

粉塵檢測模塊選用ZH03A激光PM2.5粉塵傳感器。此傳感器是一個通用性、小型化模組。 利用激光散射原理，對空氣中存在的粉塵顆粒物進行探測，具有良好的選擇性、穩定性。ZH03A激光粉塵傳感器模組具有數字輸出和模擬輸出，方便使用，體積小，便于集成，可廣泛應用于空氣凈化器、新風系統、便攜式儀表、空氣質量監測設備、空 調、智能家居設備等場所。

1.3 WIFI模塊選擇

通過對多種WIFI模塊的比較，最后選擇安信可科技公司的ESP8266作為本系統的WIFI模塊。

ESP8266是一個完整且自成體系的WIFI網絡解決方案，能夠獨立運行，此芯片具有高度片內集成，包括天線開關balun、電源管理轉換器，因此可以減少外部電路，節約空間，廣泛應用于在物聯網應用領域。此模塊有三種模式：

（1）STA 模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。

（2）AP 模式：ESP8266模塊作為熱點，實現手機或電腦直接與模塊通信，實現局域網無線控制。

（3）STA+AP 模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯網控制可實現無縫切換，方便操作。

1.4 顯示模塊

顯示模塊的功能是對粉塵濃度及報警信息予以顯示。通過對比，最終選擇了TFT液晶屏作為顯示模塊。TFT可以做到高速度、高對比度、高亮度顯示屏幕信息。可以16位真彩色RGB顯示，并且支持按鈕控件、進度條控件、文本控件、指針控件等多種組態控件，支持BMP、JPG、JPEG等多種圖片格式。

2 軟件系統設計

在軟件設計中預留霧霾氣體標準，在系統初始化后，霧霾傳感器開始檢測數據并進行輸出，并控制器將此數據與設定值進行比較，當設定值高于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并繼續檢測，當設定值低于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并通過WIFI模塊發出警報，繼續測量，直到關閉。

3 結語

此多功能霧霾檢測器，在技術上涉及單片機、無線通信、光電檢測等技術。通過多方面的研究，我們已經完成了對元器件的選擇，對系統硬件設計和軟件流程設計。可以預見多功能霧霾檢測器具有操作簡單，功能豐富，性能可靠的特點，與同類產品比較其性價比較高。

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