基于單片機STC89C51的粉塵檢測儀系統設計

景曉琦

一、引言

全球工業化讓科技得到了快速發展，人們的生活質量水平也得到了快速提高，但是在經濟發展良好和物質快速豐富的同時，各種工業化發展的道路上累積的環境問題也隨之暴露，空氣污染當屬最為直接且嚴重的環境問題。據相關報告表明，因直接或間接由空氣污染所致的疾病死亡的人數，到目前為止全球范圍內平均為每天大約一千人，而中國占比百分之四十左右，換言之，近年來世界上一年將近四十萬的同胞會由于空氣環境問題直接或間接的患病身亡。

伴隨著我國可持續發展戰略的實施，生態保護作為其重要的基礎也備受重視。空氣質量反映了空氣污染的程度，空氣質量根據不同的標準制定有不同的數據參數，一般是根據空氣中污染物（粉塵）的濃度高低來判斷的?？諝赓|量在工業革命之前很少受到人們的關注，當時人們關注空氣質量大多是由自然現象引起的天氣原因，鮮少有人為原因造成的空氣質量問題引起人們關注。第一次工業革命后，煤炭的大量使用，鋼鐵的大規模需求，以及第二次工業革命后，電力的出現和燃油機器的快速崛起，導致了人們日常生活的空氣質量急劇下降，可以明顯感受到工業化給人們帶來的危害。為了能夠及時提醒人們當時所處環境的粉塵濃度，我們設計了一款成本及價格適合普通家用，體積大小便于人們使用并且空氣質量檢測的精度可以保證人們的健康要求的粉塵濃度檢測儀。

二、模塊設計

本次所設計粉塵檢測儀的主要組成部分有如下六個模塊：AT89S51單片機微型控制器作為整個設備的控制中心;ADC0832芯片作為連接傳感器和控制中心主的A/D轉換器;LCD1602顯示器作為整個設備的結果顯示模塊將設備所要顯示給用戶的信息顯示在屏幕上;傳感器采用的是夏普粉塵傳感器作為整個設備的信息采集器，采集環境中的粉塵濃度;為其他所有部分供電的發電模塊;當粉塵濃度過高時蜂鳴器報警的警報模塊。本設計白勺總體系統框圖如圖1所示。

圖1 粉塵檢測儀系統框圖

復位電路在整個系統中的控制作用：一般來說，在任何一款電子系統中都要有重置（或叫做刷新重啟）的功能，在單片機系統中當然也需要這樣的功能。那么單片機的復位電路就是常說的重置或者重啟的作用，相當于計算機系統內的重啟設置。它的作用是當系統出現不正常運行時，比如，程序跑飛、系統崩潰、或者出現死機等現象時，就需要復位電路讓系統結束當下運行的工作，重新開始新的運行狀態。常見的51系列單片機或者與51兼容的單片機在設定外部電源電路時要注意：該系列單片機一般都采用第31腳作為單片機的電源輸入口，因此當它接入高電平時（單片機在上電之前一般都會完成復位操作），單片機開始從內部存儲器的第一位開始執行即從0000H開始執行操作。但當它接入低電平時執行操作的將不再是內部存儲區，而是從外部存儲器開始執行操作，開始的地址也是從第一位0000H開始。

夏普粉塵傳感器作為一種外部感應器件，對所在環境空氣中可測量顆粒物進行檢測，并通過感應器件內部的處理將測量到的顆粒物濃度正比轉化成模擬信號輸出。但是在仿真中做不到檢測并輸出模擬信號，所以我們采用可變電阻來實現傳感器的功能。

三、程序設計

在一般的單片機程序設計當中，都會涉及到定時器的使用，是為了每隔一段時間之后從感應元件讀取數據。本次設計的單片機系統同樣采用了常見的定時器程序設計，其具體的作用是：周期性地從傳感器轉換模塊讀取一次數據，本設計中讀取周期為0.1s。基本工作原理是：建立一個檢測A/D轉換輸出值的程序，該程序通過對A/D轉換模塊輸入的數據進行分析處理，然后將所測數據與之前設地過好的報警值進行對比，通過報警電路作出提示響應（報警電路有兩種響應方式分為蜂鳴器警報提示和指示燈提示），以及將所測數據和設定的報警值結果顯示在LCD液晶顯示屏上。在這個過程中定時器一直處于工作狀態，這樣做的好處是能夠及時地獲取環境中的粉塵濃度變化。采集的數據會及時被單片機獲取然后及時將變化的數據傳輸給其他需要數據處理的模塊，來調動整個系統正常工作。

四、仿真

本設備上面一共有三個按鍵，一個指示燈，三個按鍵的功能分別是（從左到右）：

設置粉塵濃度報警數值減小按鍵：進入設置界面后，每按一次，報警數值在原來的數值基礎上減小1個單位，并且該變化在LCD顯示屏實時顯示。

設置粉塵濃度報警數值增加按鍵：進入設置界面后，每按一次，報警數值在原來的數值基礎上增加1個單位，并且該變化在LCD顯示屏實時顯示。

復位按鍵：按一次將恢復粉塵濃度最初設置值。

作為最受歡迎的EDA仿真軟件，Proteus結合了很多傳統軟件的功能，具有強大的編輯仿真能力，很多電子設計用戶都是通過該軟件對電子原理圖進行編輯仿真。該軟件具有以下特點：能夠實現原理圖的設計，能夠實現將代碼傳輸到虛擬的仿真元件進行電路仿真，能夠檢測設計電路是否有誤，是將書面設計的產品實現實物化的必須過程。本實驗也是采用Proteus仿真軟件完成的，仿真圖如圖2所示。

圖2 粉塵檢測儀實驗仿真圖

五、結論

隨著近年來人們對空氣質量的重視程度的提高，媒體科技的快速發展，由天氣預報獲取空氣質量指數的途徑已經無法滿足人們的需求，相信在未來，人們會越來越重視空氣質量，而粉塵檢測儀的實用性也會不斷提高，可滿足人們對空氣質量的要求，從而提高生活質量，如何從源頭上降低工業帶來的空氣污染問題也成了改善空氣質量的重中之重。