關于氣體質量監測儀的設計與研究

王海傳 陳雨辰 譚熙 楊金蘭 付瑤

摘要：Blue sky質量監測儀器采取了新型高新技術，配以個性化定制，嚴格按照國內環境監測標準，創造出一款專門為國內中小型企業進行空氣中粉塵等有害物質監測的機器。此機器操作便捷，測量結果準確性高，質量穩固。最主要的功能是能有效的監測空氣中的粉塵濃度指標，從而時刻提醒企業的環境衛生情況。這款監測儀器能有效解決當前空氣監測產品存在的諸多問題。現如今，在我國空氣污染問題越發嚴重，國家越來越提倡并執行環境保護政策的當前背景下，我們不僅希望能為國內消費者提供物美價廉的優良監測儀器，而且希望能在一定程度上減少國內監測儀市場對國外產品的依賴。

關鍵詞：空氣污染;監測儀;節能;中小企業

中圖分類號：X84?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0069-01

國家乃至世界越來越關注于氣候、環境的保護。自習近平主席上臺以來，對于空氣質量治理、環境保護等出臺了很多政策，并推出“金山銀山，不如綠水青山”的口號，可見國家對于空氣質量和環境的治理工作的決心;2015年柴靜調查的紀錄片《穹頂之下》，一時間引發了人們對于空氣污染等問題深思;而近幾年來，“霧霾”這個詞頻頻出現在我們的視野前，不斷有城市報告出現霧霾嚴重報告，出行受阻等現象。不僅僅是我們國家，世界上類似于哥本哈根氣候大會，針對于近年來出現的溫室氣體排放導致氣候變暖，冰川融化，海平面上升等問題，一直在尋求解決的辦法。由此可以看出，空氣排放質量的檢測對于我們人類、地球來說是否為合標準的排放顯得尤為重要，所以我們團隊推出“Blue Sky”計劃，利用CB051F005單片機制作粉塵傳感器檢測空氣中排放的粉塵粒子中直徑達到1mm以上的含量，經過系統識別、計算，從而得出排放氣體是否符合排放標準，判斷是否需要對排放氣體進行二次處理或者限制排放等措施。

1?軟硬件技術結合

通過C8051F005單片機作為灰塵傳感器，采用粒子計數原理，可檢測直徑1μm以上的粒子，內置加熱器可自動吸入待測空氣。其采用PWM脈寬調制輸出，當有粒子時，輸出0.7V左右的低電平;待測空氣潔凈時輸出4.5V左右的高電平。

質量監測儀的軟件系統包括：初始化程序、數據采集程序和顯示程序。初始化程序包括單片機AT89C51的初始化和DSM501的初始化，然后等待中斷。中斷程序包括數據采集、處理和顯示三部分。數據采集采用數字濾波方法，連續采樣30次，去掉5個最大值和5個最小值，求剩下的20個采樣結果的平均值，并將之作為結果數據，而后比照特性曲線將其換算成粒子濃度。顯示軟件將這個結果轉換成十進制，送至液晶顯示屏顯示。

測試儀的發射裝置和接受裝置都安裝在煙道的兩側法蘭，激光穿過充滿煙塵的煙道，照射到安裝在煙道另一側接收裝置的探測器，測試儀采集探測器的信號，通過計算轉換成粉塵濃度，測量結果以4-20mA的電流信號送出，測試儀保存數據在片上的Flash中，也傳達到PC機里做記錄和分析濃度。由于煙道的環境比較惡劣，空氣清吹裝置保持鏡頭的清潔度。

終端結構設計：測量系統信號的處理由兩部分完成，模擬信號和數字信號，數字信號由計算機處理，計算機以前的信號都為模擬信號，其中A/D轉換是關鍵環節，其作用是將模擬量轉換為數字信號以適應計算機工作。

測量結果由計算機通過接口電路送給輸出設備，輸出設備采用液晶顯示，使用D/A轉換器把計算機輸出的數字量恢復成模擬量，通過記錄儀顯示，記錄，這樣可將數字量直接送到顯示終端繪制波形。

單片機控制系統實時報警：

通過單片機控制器與灰塵傳感器構成數字量采集系統，完成數據的采集、轉換和顯示，即可實現以下功能：隨時設定報警閥值;實時、快速檢測空氣中可吸入肺顆粒物的濃度，即PM2.5濃度;當PM2.5濃度超出報警閥值時發出聲、光報警。

2?特色創新點

（1）項目主要研究的是采用粒子計數原理滿足測量精度、可靠獲取粉塵濃度的在線監測系統的開發。

（2）該項目通過單片機控制器與灰塵傳感器構成數字量采集系統，完成數據的采集、轉換和顯示，實現隨時設定報警閥值;實時、快速檢測空氣中可吸入肺顆粒物的濃度等多項功能。

（3）該項目對各個監測對象逐一標定，同時給出粉塵濃度變化和粒度變化，實時連續監測不同濃度大小粉塵，安裝、操作簡單，功能齊全。

（4）項目啟動資金充足，有大量企業家的支持。

（5）國家政策的全力支持與國際必然趨勢。

（6）技術水平和產品模式的先進性、創新性、獨特性，具有相當的市場競爭優勢。

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作者簡介：王志軍（1992-），男，漢族，助教，碩士，圖像處理，空中領航。

肖歡暢，男，1982年2月，漢族，重慶，講師，碩士，現代導航技術與方法。