基于單片機的PM2.5濃度檢測儀的設計

薛榮坤

摘要：該文采用AT89S52芯片為控制主芯片，由粉塵傳感器測量所測空間中的粉塵濃度，并最終由LCD模塊顯示所測空間中的粉塵濃度。當所測空間中的粉塵濃度達到事先設定的閾值時，蜂鳴器啟動報警，并且點亮相對應的LED燈，讓使用者知道當前的污染級別。該系統簡單可靠、穩定性高，調試方便，對當前的生產生活具有一定的實踐和應用價值。

關鍵詞：霧霾;單片機;傳感器

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）14-0256-02

1引言

科學技術就像一把雙刃劍，它能夠滿足人類日益增加的物質和文化需求的同時，也給人類生產生活帶來了不利的影響，例如霧霾天氣，作為21世紀的新生產物，它給我們身體健康和生存環境產生了不小的影響，據世界衛生組織所發布的公告顯示，目前人類受到可吸入顆粒物的危害前所未有，其中高污染城市居民死亡率與相對清潔城市居民死亡率相比較，前者高于后者15%-20%，如1952年倫敦煙霧事件，倫敦殺人霧在四天內奪走了4000多條人命;還有2013年初北京肆虐橫行的霧霾事件，令人觸目驚心。隨著醫學技術的進步，醫學專家發現，人類所特有的生理結構沒有能力過濾和阻攔PM2.5，其對人類的威脅越來越嚴重，最終與氣象專家一致認為，霧霾天氣中所含的細小顆粒物給人類帶來的危害可能比沙塵暴帶來的危害更大，所以，對于我們人類來說，對當前的PM2.5的監測與治理迫在眉睫。

2硬件電路

本文所提出的PM2.5濃度檢測儀的設計電路是由單片機、傳感器、LCD顯示、污染級別提醒電路等模塊構成，首先在報警電路中設計一個閾值（可以通過鍵盤電路手動調節），然后由粉塵傳感器采集所測空間中細顆粒濃度，經AT89C52單片機處理后，顯示在LCDl602液晶屏上，當檢測到的細顆粒濃度值超過事先設置的報警閾值時，蜂鳴器自動報警，原理圖如圖1所示。

該設計不僅能夠實現對所測空間PM2.5的濃度的實時檢測，并且還可以驅動報警電路和點亮相對應的LED燈，最終實現報警級別的判斷，其PM2.5的濃度范圍、燈亮及環境等級判斷標準具體如表1所示。

2.1單片機最小系統

單片機最小系統就是以單片機為主芯片模塊，其他為輔助模塊，最終使單片機系統能夠正常工作的最少元件所構成的系統電路。常用5l單片機系列最小系統一般由單片機、晶振電路、復位電路、按鍵輸入/輸出等設備構成。

2.2粉塵傳感器電路

系統中的粉塵傳感器采用GP2Y1010AU芯片，該芯片根據所測空間顆粒濃度大小，將其變為相對應的模擬電壓，其值與粉塵濃度成正比，然后經過A/D模塊，變為數字信息，最終在LCD模塊上顯示。

2.3 LCD顯示模塊

系統中的顯示模塊采用LCDl602顯示器。與傳統的LED數碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有色彩飽和度，還原能力和的對比度高等優點，并且不需要驅動電路。

3軟件設計與應用

3.1主程序設計

首先初始化，進行判斷檢測是否需要按下設置鍵，要是需要，先進行報警值更改，否則對控制傳感器進行數據采集、A/D轉換計算濃度值，接著進行報警值的判斷，若大于報警值報警，觸發蜂鳴器響起并亮起指示燈，否則對應的濃度范圍的LED燈亮起，最終在LCD上顯示當前濃度值，最后回到設置鍵，進行循環執行。

3.2主要子函數程序設計

本設計除了主程序外，還定義了一些自定義函數，方便主程序調用，主要有初始化程序、顯示函數、報警顯示、報警子函數、按鍵檢測函數、A/D轉換函數、中值濾波等。

4應用與結果分析

本設計主要可用于室內和室外的空氣質量（主要是PM2.5）的檢測，可調節的報警濃度設計，可以長期用來檢測空間中的PM2.5濃度。例如：辦公室的空氣檢測和提醒、公共場合控煙、空調和通風口處等公共場所的PM2.5監測。以下是對我們常見生活場景的檢測結果，具體如表2所示。的值相對較低，中午時間PM2.5的值偏高;辦公室一天之中PM2.5的值偏高，并且基本保持不變，原因可能是人員流動陛大的時候，PM2.5的值升高。

生活中應對霧霾可采取的措施有：（1）霧霾天氣少開窗，最好不出門或晨練;（2）外出穿戴專業防塵口罩;（3）多吃一些木耳、豬血、等潤肺的食物，并且多吃一些梨，枇杷等潤肺的水果;（4）少量補充維生素D;（5）飲食清淡多喝蜂蜜水;6.盡量減少吸煙甚至不吸煙。

5結論

隨著霧霾天氣變得越來越嚴重，我們有理由且有必要采取一些措施來改善我們身邊空氣中的PM2.5指標。本設計就是基于這點，制作一個經濟、簡單且實用的多功能PM2.5濃度檢測儀，應用于生產實踐，從而提高我們的生產、生活質量。