基于單片機的溫濕度PM2.5檢測儀

南海城 唐雅媛 潘學文

摘要：為讓人們了解到空氣質量，該設計利用單片機、溫濕度傳感器和PM2.5檢測模塊構成的檢測儀，可將空氣中溫濕度、PM2.5濃度數據實時采集。檢測儀分為溫濕度檢測與PM2.5檢測兩大部分，采用溫濕度傳感器DHT11檢測空氣中的溫濕度參數，采用粉塵檢測傳感器GP2Y1010AU0F測量空氣中的PM2.5濃度，然后將收集到的信號經過A/D轉換為單片機可辨別的信號，最后在液晶顯示屏上顯示出數據，從而用來監測PM2.5的含量。

關鍵詞：溫濕度傳感器;粉塵傳感器;單片機;空氣質量

中圖分類號：TN911-4;G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0208-02

Abstract： In this paper，ZigBee AD hoc network technology is used to build a wireless sensor network for information exchange to achieve intelligent home environment monitoring. The system hardware is based on the CC2530 development board and the wireless sensor network is built through ZigBee coordinator， routing nodes and network nodes， multiple sensor nodes for data acquisition， and the acquisition of the signal amplification， A/D conversion and other processing， to achieve A close distance between the nodes of wireless communication. The user terminal uses the upper computer to write the software code and realize the real-time display of data. The system has the advantages of low power consumption， low cost， convenient installation， compact and beautiful and is suitable for the real-time monitoring of environmental data in the user's residence.

Key words： temperature and humidity sensor; dust sensor; single chip microcomputer; air quality

隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平的提高，越來越多人注重空氣品質狀況等環境問題及所帶來的影響。人每天都要呼吸空氣的，當然是希望空氣質量更高才好。空氣質量檢測有很多方法，包含裝修污染、室內空氣檢查與測量、作業場所有害物質檢測、工廠油煙檢測、鍋爐大氣以及工業窯爐檢驗測試及工廠排出的工業廢氣檢測等等[1-2]。

本設計基于單片機、溫濕度傳感器、PM2.5檢測模塊，檢測室內空氣中的溫度、濕度、粉塵濃度三項數值。當檢測到數值超過設置的范圍后蜂鳴器會發出報警聲，可以更好地進行室內空氣質量的評估，為人類營造一個良好健康的呼吸環境[3-4]。

1 設計總體方案

設計涉及主硬件為：STC89C52RC單片機，DHT11溫濕度傳感器，粉塵傳感器GP2Y1010AU0F，蜂鳴器報警電路按鍵設置電路以及超標指示顯示模塊組成。系統方框圖如圖1所示。

STC89C52RC是STC公司研發的一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。STC89C52使用的是經典的MCS-51內核，由于進行了大量的改進使得芯片具有傳統51單片機不擁有的功能。在單芯片上，具有靈活的8 位CPU 和在系統能夠編程Flash，讓STC89C52為大部分嵌入式控制應用系統提供非常靈便、超級有效的解決辦法。溫濕度傳感器DHT11集成數字濕度與溫度一體，運用濕溫度傳感技術與數字模塊采集技術，能夠確定產物具備很高的可靠性與突出的長期穩定性。夏普光學粉塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢驗非常微小的顆粒，如香煙煙霧等，效率是非常高的，而且是經常使用的空氣凈化器系統。LCD1602A 是一種工業字符型液晶，可以同時展示出16x02 即32個字符。

2 硬件電路設計

2.1 單片機最小控制系統

STC89C52是一種功率消耗低、性能很高的CMOS8位微控制器，具備 8K 在系統能編程Flash 存儲器。最小系統包含單片機以及它需要的必備的電源、時鐘、復位等等部件，可以讓單片機一直處于正常的工作狀態。用STC89C52單片搭建成最小應用系統的同時，只要將單片機連接上時鐘電路和復位電路就行了，其原理框圖如圖2所示。

2.2 溫濕度傳感器

將溫濕度傳感器DHT11與單片機STC89C52進行連接，用單片機的P2.0口進行串行數據發收，并連接至傳感器的Pin2口。由于檢測范圍的影響，需要接5K上拉電阻至電源端。傳感器的第三腳懸浮放置，且傳感器電源端口Pin4與Pin1各自接在單片機的GND和VDD端。DHT11傳感器的原理電路圖如圖3所示。

2.3 pm2.5檢測模塊

粉塵傳感器GP2Y1010AU0F用來檢測空氣中的PM2.5濃度，運用光敏的原理來進行檢測。傳感器正中央有個孔能夠流過自由的空氣，指定發出led光，經過檢驗空氣中的粉塵折射之后光線去判別灰塵含量的數值，其實物圖如圖4所示。

硬件電路還有A/D轉換電路、 燈光報警電路、聲音報警電路、液晶顯示電路和按鍵電路。整個檢測儀以單片機STC89C52作為控制核心，通過從上至下的分層次化設計思想，把整個系統按照功能模塊劃分成多個單獨的電路模型，對每個電路模型獨立進行設計，最后將所有模塊電路集成到一起形成整個檢測儀，其整體原理電路如圖5所示。

3 軟件設計

根據硬件結構和系統工作原理綜合得到系統工作程序流程圖如6所示。連接好usb電源線后，按下電源開關鍵設備將會進行初始化。中斷系統和液晶初始化好后會進入while循環，來判斷溫濕度轉換標志位是否為1，為1后將開始讀取溫濕度數值，然后再在液晶顯示屏上顯示出來;之后繼續循環判斷溫濕度是否超過設定好的范圍數值，當超過設置的范圍后，對應的指示燈將會亮，這是溫濕度部分;粉塵檢測部分通過AD轉換讀取ADC0832數據來讀取粉塵的濃度值，之后判斷粉塵濃度是否超過設定好的范圍數值，超出后對應的指示燈將點亮;經過單片機的處理，所有的指示燈亮的同時，蜂鳴器在報警電路的作用下發出報警聲。

4 結論

對設計實物進行了通電測試，經過不斷改進與調試，得到了按鍵、顯示屏以及指示燈的功能測試結果，基本功能都能夠實現。本設計所做的檢測儀體積小，功耗低，操作簡單，可實時了解室內空氣質量，合適用于室內空氣環境檢測或醫療安康保健。

參考文獻：

[1] 薛榮坤.基于單片機的PM2.5濃度檢測儀的設計[J].電腦知識與技術，2020，16（14）：256-257.

[2] 李超.車內環境PM2.5檢測與凈化應用研究[D].長春：吉林大學，2019.

[3] 何金鳳. PM2.5多功能檢測儀的設計與開發[J].工業技術與職業教育，2019，17（3）：10-13，19.

[4] 張艷艷.PM2.5檢測技術研究進展[J].傳感器世界，2019，25（3）：13-16.

【通聯編輯：代影】