基于單片機的空氣質(zhì)量檢測器

趙祖玉　鮑建奎　劉黎

摘要：本文是基于單片機的空氣質(zhì)量檢測器的研究，主要包含PM2.5檢測功能、光照檢測功能、溫濕度檢測功能、液晶顯示控制功能、指示燈控制功能、報警功能、按鍵功能和主控制器。可檢測環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強度值并通過顯示屏顯示，同時具有聲光報警功能。

關(guān)鍵詞：PM2.5;溫濕度;光照 ;空氣質(zhì)量

1.研究背景

隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平在不斷的提高。消費者的生活已有“數(shù)量型”向“質(zhì)量型”轉(zhuǎn)變[1]，“安全、健康、舒適”成為生活的核心理念。現(xiàn)代裝修材料的五花八門，材料中散發(fā)出的有害元素PM2.5給我們的生活帶來了極大的威脅[2]。PM2.5為較高的毒性物質(zhì)，在我國有毒化學品優(yōu)先控制名單上高居第二位[3]。PM2.5已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸性物質(zhì)[4]，是公認的變態(tài)反應源。因此人們對空氣質(zhì)量檢測設(shè)備的需求迫在眉睫。

2.課題研究內(nèi)容

本文基于當前背景下人們對于空氣質(zhì)量的要求，設(shè)計了一種基于單片機的空氣質(zhì)量檢測器，滿足室內(nèi)環(huán)境對PM2.5有害氣體的檢測，并且具有顯示以及聲光報警的功能。系統(tǒng)主要包含硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計兩部分內(nèi)容，以下將進行具體介紹。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

空氣質(zhì)量檢測器的主要功能包括PM2.5檢測、光照檢測、溫濕度檢測、液晶顯示控制、指示燈控制、報警、按鍵和主控制器。可檢測環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強度值并通過顯示屏顯示，可通過按鍵設(shè)置報警值，當檢測值超過報警值時進行報警，相應的報警并且指示燈亮。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

3.1? 主控制器選擇方案

STC系列51單片機具有具有高性能、功能多、速度高且運行性能比較穩(wěn)定，且其內(nèi)部存儲ROM和RAM較大;同時，此單片機具有通用的硬件接口，功耗小，存儲空間相當大，能夠完全滿足本文中設(shè)計和開發(fā)的要求。因此本文主控制器選用STC89C52。

3.2? PM2.5采集方案

PM2.5采集選用體積小、相對穩(wěn)定的ZE08-CH2O專用PM2.5采集模塊[10]，模塊。它應用了電化學技術(shù)，可以對環(huán)境中的PM2.5進行檢查，并且內(nèi)部有溫度檢測功能，主要用于為PM2.5濃度件進行溫度補償，模塊應用電化學檢測方案和電子電路共同實現(xiàn)PM2.5濃度數(shù)據(jù)的采集。

3.3? 光照檢測方案

系統(tǒng)需要完成對光照的采集，選擇光敏電阻實現(xiàn)此功能，光照越強，載流子越多，電流越大，光敏電阻值就會越小，根據(jù)光敏電阻這一特性，設(shè)計相應的光照檢測電子電路，實現(xiàn)對光照的檢測功能。

3.4? 溫濕度檢測方案

溫濕度的檢測采用DHT11溫濕度傳感器，單片機通過一條通信線采集的溫濕度數(shù)據(jù)，從而進行相應的控制。此傳感器成本低、穩(wěn)定性強，能夠在非常惡劣的調(diào)節(jié)下工作。

3.5? 顯示模塊設(shè)計選擇

顯示模塊采用功耗很低，體積小，顯示的內(nèi)容較豐富的LCD1602，液晶顯示器顯示的效果相對比較清晰，并且無論是數(shù)字或者字母都可以很清楚地進行顯示。

4.軟件整體設(shè)計

基于單片機的空氣質(zhì)量檢測器完成了PM2.5檢測、光照檢測、溫濕度檢測、液晶顯示、指示燈顯示、報警、按鍵功能。可檢測環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強度值并通過顯示屏顯示，可通過按鍵設(shè)置報警值，當檢測值超過報警值時進行報警。相應的軟件設(shè)計流程圖如圖2所示。

5.實物組裝

軟件和硬件設(shè)計完成后，就可以采購器件進行實物組裝，實物裝需要按照電路圖進行焊接，各個模塊之間也有組裝順序，首先是電源、主控制器電路、其他模塊。電源需要保證沒有短接，在進行其他模塊的焊接，實物如圖3所示。

6.總結(jié)

本文主要研究了一種基于單片機的空氣質(zhì)量檢測器，體積小，功耗低，主要應用于家庭空氣質(zhì)量的檢測，對人們的生活具有重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]丁修乘，韋敏杰，張雷.一種車內(nèi)甲醛檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2018（10）：194-195.

[2]TEXAS INSTRUMENTS. A Wireless Sensor Network for Hospital Security： From User Requirements to Pilot Deployment. Article number （140-141）.

[3]James F.Kurose Keith W.Ross COMPUTER NETWORKING A Top-Down Approach Featuring the Internet（Third Edition） Higher Education Press 2018（12）.

[4]韓宏哲.基于單片機的甲醛濃度檢測儀設(shè)計[J].科技展望，2016，26（20）：153.