基于單片機的粉塵檢測儀設(shè)計和制作

摘要：

近幾十年來，工業(yè)化的快速開展帶動了中國城市化的快速開展。但是，跟著工業(yè)化的推動和轎車駕駛、家庭裝飾等高品質(zhì)生活享用的普及，空氣質(zhì)量的快速下降已成為困擾國民健康的嚴(yán)重問題。影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的主要因素是粉塵和TVOC。目前，用于粉塵同時檢測的空氣質(zhì)量監(jiān)測體系大多針對工業(yè)生產(chǎn)。因為高精度工業(yè)生產(chǎn)對空氣中粉塵雜質(zhì)的相對含量要求嚴(yán)格，往往成本高、體積大、耗電量大，不能滿足當(dāng)時家庭空氣質(zhì)量檢測的要求。

關(guān)鍵詞：

單片機;粉塵檢測;設(shè)計制作

中圖分類號：

TP368.1;X831

文獻標(biāo)識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0097-02

1引言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一種能長時間懸浮在大氣中的固體顆粒稱為粉塵。大多數(shù)工廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一種細粉塵，也稱為可吸入顆粒物。它可以長時間漂浮在人類呼吸的空氣中。當(dāng)人們生活在高粉塵環(huán)境中時，這些粉塵會進入人體的呼吸道和肺部，跟著人體的代謝不易被排出體外，長時間滯留在人體內(nèi)對人體的生理功能有害。在工業(yè)生產(chǎn)中，粉塵濃度過高會導(dǎo)致粉塵爆炸，危及工人生命安全。便攜式粉塵檢測儀的普及，粉塵濃度超標(biāo)的及時檢測和處理，有用保障了工人的安全和健康。本課題的研究對象是更適合公眾運用的便攜式空氣質(zhì)量報警器。它具有攜帶便利、成本低、丈量精確、快速等特點。

近年來，跟著國內(nèi)電子信息技能的飛速發(fā)展和這一范疇的研究，國內(nèi)其他廠商紛紛引進和研制粉塵濃度傳感器。國產(chǎn)傳感器的丈量原理與國外根本相同。它們大多是根據(jù)光散射法。但是，因為國內(nèi)技能的缺少，傳感器的質(zhì)量和性能比國外稍差。

2總體設(shè)計

粉塵探測器的控制器為AT89C51。單片機與dsm501型粉塵傳感器組成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)收集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)收集、轉(zhuǎn)換和顯示。可實現(xiàn)以下功用：隨時設(shè)定報警閾值;實時、快速檢測空氣中可吸入肺顆粒物濃度，即PM2.5濃度;當(dāng)PM2.5濃度超過報警閾值時，宣布聲光報警。

3硬件設(shè)計

3.1電路。因為dsm501的輸出信號可與AT89C51單片機兼容，其2、4路輸出引腳直接與單片機的P1.2、P1.0引腳相連，SPI功用由軟件實現(xiàn)。P1.3和P1.4模仿兩個SPI串行接口驅(qū)動LCD。An1-an3為設(shè)置鍵，用于設(shè)置報警閾值。

3.2粉塵傳感器。選用韓國正和科技的專利產(chǎn)品Dsm501作為粉塵傳感器。選用顆粒計數(shù)原理，可檢測直徑大于1μM的顆粒，內(nèi)置加熱器可自動吸入待測空氣。具有體積小、重量輕、安裝使用方便等特色。

Dsm501選用PWM輸出。當(dāng)有顆粒物時，輸出約0.7V低電平;當(dāng)被測空氣潔凈時，輸出約4.5V。

Dsm501粉塵傳感器共有5個引腳。其中3腳和5腳分別為電源和接地，作業(yè)電壓范圍為DC5.0V±0.5V;2腳為常用輸出引腳，靈敏度已預(yù)置，最小粒子探測才能為1μm;1引腳為可調(diào)輸出引腳，可通過控制4號引腳調(diào)理靈敏度，默以為2針的2.5倍，即最小粒子探測才能為2.5μm;4針與GND之間添加一個電阻，將引腳的最小粒子檢測電平調(diào)整為1，未銜接電阻時默許靈敏度為2.5μm;銜接100kΩ電阻時，默許靈敏度為2.5μm;接27KΩ電阻時為1μm。

3.3液晶顯示器。液晶顯現(xiàn)器選用南京國賢電子公司的pdc401。它是一個帶小數(shù)點的4位數(shù)字液晶顯現(xiàn)器。工作電壓為4.5v-5.5v，正顯現(xiàn)數(shù)字高度為14.0mm。1針為電源地VSS，2針為串行移位脈沖CLK，3針為串行數(shù)據(jù)輸入Di，4針為電源正VDD。

4軟件設(shè)計

除塵器軟件體系包含初始化程序、數(shù)據(jù)收集程序和顯現(xiàn)程序。初始化程序包含AT89C51和dsm501的初始化，然后等待中斷。中斷程序包含數(shù)據(jù)收集、處理和顯現(xiàn)。數(shù)據(jù)收集選用數(shù)字濾波辦法，接連采樣30次，除掉5個最大值和5個最小值，計算剩余20個采樣成果的平均值，作為成果數(shù)據(jù)，然后根據(jù)特征曲線轉(zhuǎn)換為顆粒濃度。顯現(xiàn)軟件將此成果轉(zhuǎn)換成十進制，并發(fā)送給pdc401進行顯現(xiàn)。

結(jié)論：本文規(guī)劃的粉塵探測器首要用于家庭室內(nèi)外環(huán)境中粉塵含量的測定。其特點是：價格低廉，體積小，攜帶方便;電路簡略;丈量成果顯示清晰，報警閾值直接設(shè)定。完成了根據(jù)單片機的空氣質(zhì)量報警器的規(guī)劃，包括早期電路的概念和規(guī)劃、中心階段實踐電路的焊接和體系程序的編制。在后期，通過體系測試對電路體系進行調(diào)整，可以達到預(yù)期的效果。該設(shè)備略顯簡略，首要表達便攜的概念。在實踐運轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)，選用單一傳感器收集信號有局限性，容易遭到特殊情況的干擾，造成丈量誤差;體系中的報警呼應(yīng)電路并沒有從本質(zhì)上改進丈量范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量，因而，有必要繼續(xù)研討空氣凈化作業(yè)。因而，該制度還有許多地方有待完善。相信改進后的體系對今后空氣質(zhì)量檢測的遍及具有良好的發(fā)展前景。

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作者簡介：郭斌，性別：男，民族：漢族，出生年月：2000.03，學(xué)歷：本科，研究方向：電子信息工程，職稱：學(xué)生，戶籍：甘肅清水。