基于單片機的空氣質量檢測儀研究與設計

楊政秋

內容摘要：隨著國家經濟蓬勃發展以及生活環境的變化，人們對PM2.5越來越關注和重視。在熟悉它對人體有壞的影響之后，對PM2.5的檢測對人們來說意義重大，特別是那些體積小重量輕的儀器可以讓我們實時對周邊環境進行監測，保證了我們生活環境的健康問題。本設計系統主要是用AT89S52單片機來檢測空氣中的PM2.5的濃度值。將傳感器、單片機、AD轉換三種技術運用到一起，把收集到的空氣中的顆粒物質由一個模擬的轉變成一個數字，在單片機的程序處理下，將最終得到的結果呈現在LCD液晶屏上。

關鍵詞：AT89S52單片機? ?PM2.5? ?傳感器

1.前言

在如今社會，數字的發展在科技上可謂突飛猛進，人們生活水平的質量要求越來越嚴格，在科技經濟給我們帶來巨大的好處時同時也伴隨著一些不好的事情，其中有一項就是對環境的污染，這也是人們對生活環境的關注度越來越高的原因，擔心自己身處環境對自己的健康有所危害，使得“環境”這個詞時刻圍繞著大家，在我們處在科技越來越發達的社會上，人們開始向往在一個舒適、親近大自然的環境中生活。

本系統設計是以單片機為核心處理器，與其他部分進行配合運作。主要是采用AT89S52單片機作為處理器，將ADC0832模數轉換單元、夏普粉塵傳感器、LCD1602液晶顯示屏這些部分組成一個檢測粉塵濃度的系統。這個系統可以通過采集、轉換、處理以及顯示來檢測所處環境的PM2.5的濃度值，最終通過報警系統來告知人們目前所處的環境，讓人們做好保護措施以及提高環境質量。

此課題的目的是將單片機與傳感器的控制系統結合，完成對空氣環境中PM2.5濃度的檢測。而本設計的優勢在于體積輕便便于攜帶，費用較低。該設計是以單片機為核心，通過傳感器對環境中顆粒物的收集，再由A/D轉換單元將一個模擬量轉變為一個數據，由單片機處理傳送到LCD液晶顯示屏進行呈現，當顯示的值大于最初設定的最大值時，蜂鳴器開始報警，完成對PM2.5的檢測。其主要設計內容如下：

（1）首先，用夏普傳感器GP2Y1010收集空氣中粉塵顆粒物;

（2）其次，用A/D轉換單元將采集到的物質從一個模擬量轉換為一個數據;

（3）再由AT89S52單片機處理空氣中粉塵顆粒物，得到其濃度值;

（4）在LCD1602液晶顯示屏上呈現其測量數據;

（5）最終，當測量所得數值大于我們用按鍵設置的報警值時，蜂鳴器開始報警。

2.系統硬件總體設計及電路設計

2.1系統硬件總體設計

此設計主要是以AT89S52單片機為控制核心處理器，由ADC0832模數轉換單元、夏普粉塵傳感器、LCD1602液晶顯示屏組成。通過傳感器對環境中顆粒物的收集，再由A/D轉換單元將一個模擬量轉變為一個數據，由單片機處理傳送到LCD液晶顯示屏進行呈現，設計系統的框架結構如圖1所示：

1.PM2.5灰塵傳感器：把空氣中顆粒物質采集;

2.A/D轉換電路：將傳感器采集進來的一個模擬的轉換為一個數據;

3.供電電路：對設計系統提供電量;

4.單片機最小系統：把AT89S52核心處理單元，包括一些時鐘電路等其他裝置;

5.顯示液晶：將由A/D轉換電路得到的數據進行呈現以及初始報警值顯示;

6.按鍵電路：對報警器所選參數值進行更改;

7.報警電路：超過系統設置實現報警功能。

3.2硬件電路設計及相應主要芯片介紹

依據所設計的要求功能，我們可以通過改變硬件電路的連接方式進行調整，如下所述。

2.2.1 單片機最小系統

單片機的最小系統是指可以讓單片機在聚集在一個小小的芯片上并且能夠完整、正常的完成一個工作或者體現它功能的系統。是一個核心部位，類似于人的大腦。并且單片機還是能對時間進行控制，而且還是一個通訊的接口部位，盡管現在單片機發展的特別快。就普遍情況而言，AT89S52單片機工作時的電壓是5V，通過電路圖，我們把VCC接在電壓為5V上面，而接地線為VSS，復位電路在單片機中是至關重要的而且必須要有，類似于一個電腦上面的開機鍵位，本次設計主要是設計一個手動復位開關。

其實在此次設計中與復位電路一樣重要的有時鐘電路，復位電路相當于電腦的開機鍵，時鐘電路則類似于電腦的心臟CPU，起著控制單片機的作用，而XTAL1作為反向放大器的輸入端，XTAL2作為反向放大器的輸出端，主要是采用晶振的產生固定的振蕩頻率來完成放大的作用，此次設計系統是利用具有十二個振蕩周期的石英晶振來完成的。

2.2.2采集電路設計

對采集空氣中的PM2.5的粉塵部位的電路，我采用的是夏普GP2Yl010AUOF這一款空氣質量檢測裝置的傳感器。運用了NPN三極管來讓夏普GP2Yl010AUOF的LED端口開始運作，將得到的輸出的模擬量轉而變成了轉換模數ADC0832的輸入端口，再通過轉換模數ADC0832的功能，把一個模擬量轉換為一個數據再運輸給單片機AT89S52。

2.2.3液晶顯示模塊

單片機AT89S52在搜取到模擬的信號源之后，在AT89S52核心處理器的操作后，會將測量的pm2.5的濃度值的大小顯示在LCD1602的液晶顯示屏上面。

2.2.4發光報警電路

電路中的報警裝置主要有蜂鳴器、三極管以及與單片機AT89S52的P15接口連接起來，其中P15端口是高電平的時候，蜂鳴器不反應，而當P15端口是低電平的時候，與此同時二極管LED產生光，蜂鳴器產生報警。我們還可以自己手動操作PM2.5的濃度最高值。

3.軟件部分設計

本設計的空氣質量檢測系統是以單片機AT89S52作為控制核心，其中軟件系統主要分成了幾個模塊，主要是系統的初始化模塊、A/D模數轉換模塊、傳感器模塊等，單片機AT89S52是以對軟件系統的控制來對硬件系統的控制，檢測和計算空氣中的PM2.5濃度值，用LCD液晶顯示屏呈現出來.

3.1軟件的開發

整個軟件系統主要是用KEIL軟件來校對我們寫的軟件系統的正確與否，操作簡單方便。

3.2主體程序設計

3.2.1主要系統程序的設計

1.設計的流程

對于整個設計系統起核心的是驅動傳感器，搜取傳感器輸出的電壓數值，用單片機AT89S52進行計算，把最終得到的PM2.5濃度結果運輸到液晶顯示器呈現出來，主要系統程序的設計的流程是在把各個部分初始化之后，再搜集模擬的輸出電壓，通過種種計算PM2.5濃度值。

2.初始化編程

初始化主要是對A/D轉換模塊、液晶顯示模塊LCD1602初始化，再通過虛擬的模擬數值對定時器初始化。

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