基于單片機(jī)的PM2.5檢測系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】? ? 本文通過對PM2.5檢測系統(tǒng)的硬件電路、軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，最后在Protues上對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗證，結(jié)果表明設(shè)計的檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對PM2.5的實(shí)時檢測、顯示，同時超過設(shè)定濃度時報警提示，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，靈敏度高。

【關(guān)鍵詞】? ? 單片機(jī)? ? PM2.5? ? 超限報警

近年來，霧霾污染日益嚴(yán)重，其主要原因是PM2.5含量不斷增加。有研究表明，PM2.5污染所造成的死亡及經(jīng)濟(jì)損失呈逐年上升趨勢。因此實(shí)時對PM2.5進(jìn)行檢測、顯示以及報警對于監(jiān)控環(huán)境質(zhì)量和保障人類健康意義重大。

一、總體方案設(shè)計

本文設(shè)計的基于單片機(jī)PM2.5檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境中PM2.5的檢測、顯示以及超限報警功能。系統(tǒng)共有五個模塊：按鍵模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、報警模塊以及PM2.5檢測模塊。

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（1）整體電路設(shè)計：根據(jù)前述方案，檢測PM2.5濃度的ZPH01傳感器在脈沖輸出模式下會根據(jù)PM2.5濃度輸出不同脈沖信號，STC89C52單片機(jī)則通過外部中斷P3.2引腳連接到傳感器的輸出引腳，讀取上述脈沖信號，并據(jù)此驅(qū)動LCD顯示檢測值，同時將讀取到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行判斷，若超限則通過聲光報警。整體硬件電路如圖1所示。

（2）單片機(jī)電路：STC89C52單片機(jī)主要突出的性能有：高壽命Flash技術(shù)，不會因為擦寫次數(shù)過多而導(dǎo)致單片機(jī)壽命過短，同時也便于后期維護(hù);中斷技術(shù)，雖該芯片是8位系統(tǒng)，但通過優(yōu)化設(shè)計，其能實(shí)現(xiàn)16位系統(tǒng)功能，使存儲器位數(shù)靈活多變，節(jié)省片內(nèi)資源。

（3）顯示電路：電路中的 GND和 VCC，分別接入電源輸入引腳1、2。引腳3連接10K電位器，并與接地端相連，該引腳可實(shí)現(xiàn)液晶對比度調(diào)整。引腳4為寄存器控制腳，其與 P27腳相連。引腳5為讀寫控制腳，與 P26腳相連。引腳6為使能腳，與 P25相連。引腳7-引腳14為地址/數(shù)據(jù)的8位總線，與 P0口相連。背光電源腳為引腳15、16與 VCC和 GND相連。

（4）PM2.5檢測電路：在脈沖輸出模式下，PM2.5濃度信號是PWM頻率信號，單片機(jī)利用外部中斷功能讀取上述信號。傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳與單片機(jī)的外部中斷引腳P3.2連接，從而檢測到脈沖信號。

（5）按鍵電路設(shè)計： K1按鍵與單片機(jī)的P1.2連接，能減少上限值。K2按鍵與單片機(jī)的P1.3連接，能增加上限值。通過讀取引腳值判斷按鍵是否按下。

（6）報警電路設(shè)計： LED燈指示PM2.5濃度值，若濃度值在設(shè)定值內(nèi)，則綠燈亮。如果濃度值超過設(shè)定值，則紅燈亮，同時聲音報警，報警模塊由單片機(jī)的P2.0控制。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

（1）主程序設(shè)計：采用外部中斷實(shí)現(xiàn)對脈沖信號讀取，利用單片機(jī)的定時功能，實(shí)現(xiàn)在對特定時間脈沖個數(shù)讀取，然后調(diào)用顯示子函數(shù)顯示檢測值，調(diào)報警子函數(shù)進(jìn)行超限報警判斷，調(diào)用按鍵子函數(shù)，實(shí)現(xiàn)超限報警閾值調(diào)節(jié)。

（2）報警子函數(shù)：系統(tǒng)讀取到檢測的PM2.5數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若超過設(shè)定值，單片機(jī)的驅(qū)動引腳輸出高電平，控制驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)聲光報警。

（3）按鍵子函數(shù)：通過按鍵調(diào)整設(shè)定值，兩個按鍵分別實(shí)現(xiàn)對設(shè)定值加減，按鍵按下后單片機(jī)讀取到按鍵值為低電平，將界限值以0.1ug/m3進(jìn)行加減設(shè)置。

（4）中斷與定時子函數(shù)： 采用外部中斷實(shí)現(xiàn)對PM2.5的檢測，檢測模塊輸出PWM頻率信號，低電平的持續(xù)時間是有效電平。

四、仿真結(jié)果

根據(jù)設(shè)計的硬件電路在Proteus上聯(lián)合KEIL進(jìn)行建模仿真，對設(shè)計主要功能驗證。仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠順利實(shí)現(xiàn)對PM2.5數(shù)據(jù)的檢測，在LCD上實(shí)時顯示檢測到的PM2.5數(shù)據(jù)值，超過限定值后，蜂鳴器和LED燈報警。

五、結(jié)論與展望

本文實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的PM2.5檢測系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)能夠檢測、顯示PM2.5濃度數(shù)據(jù)及超限報警。下一步還可提高檢測的精準(zhǔn)度以及并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉悅婷，王翰平，徐俊璽，劉正云.一種基于單片機(jī)的多功能空氣檢測系統(tǒng)[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報，2017，26（11）：144-147.

[2]王翰平，徐俊璽，劉正云.一種基于STC89C52的室內(nèi)空氣檢測系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（11）：98-100.