小型家用pm2.5監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　小型家用PM2.5監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為核心控制器，以DSM501作為檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中PM2.5數(shù)值的監(jiān)測(cè)，包括數(shù)據(jù)采集、顯示、報(bào)警等功能，可以作為家用PM2.5的檢測(cè)儀器，亦可作為工業(yè)用煙霧、粉塵類(lèi)報(bào)警儀器使用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：PM2.5 單片機(jī) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) </p><p

2、><b>　　一、引言 </b></p><p>　　PM2.5指環(huán)境空氣中當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，它能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重，與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不

3、斷發(fā)展，近年來(lái)，個(gè)別城市空氣中PM2.5含量屢次爆表，嚴(yán)重威脅著人們的生活健康。本文提出一種以單片機(jī)為控制核心，以DSM501芯片為檢測(cè)元件，設(shè)計(jì)一種家用PM2.5檢測(cè)儀器，用于日常家居、學(xué)校、醫(yī)院等區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。 </p><p><b>　　二、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　本系統(tǒng)由控制模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊和顯示報(bào)警模塊組成。檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢

4、測(cè)周?chē)諝庵蠵M2.5的含量并送給控制模塊，控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和比對(duì)之后，將檢測(cè)到的數(shù)值經(jīng)顯示模塊顯示，如檢測(cè)值超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值，報(bào)警模塊將通過(guò)聲光報(bào)警的方式提醒用戶(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)中，控制模塊采用市面上常見(jiàn)的AT89S52單片機(jī)，該型單片機(jī)工作頻率高于普通的51單片機(jī)，運(yùn)算速度更快，實(shí)時(shí)性更高，內(nèi)部包含8K的程序存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，該芯片功耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛運(yùn)用

5、于各種控制場(chǎng)合，滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的控制需求。 </p><p>　　檢測(cè)模塊采用DSM501傳感器，該傳感器為韓國(guó)SYHITECH專(zhuān)利產(chǎn)品，采用PWM脈寬調(diào)制輸出，最小檢測(cè)直徑1微米的粒子，可有效檢測(cè)空氣中PM2.5的含量，小尺寸重量輕易安裝使用。工作電壓為DC5.0±0.5V，工作環(huán)境溫度-20至80℃，輸出電平（有粒子時(shí)）為0.7V（max1.0V）；潔凈空氣時(shí)為4.3V（min4.0V），加熱器電源接通

6、后約1分鐘后可穩(wěn)定工作。 </p><p>　　該模塊有5個(gè)引腳，輸出腳2為普通輸出腳位，靈敏度已預(yù)設(shè)定，最小粒子檢出能力為1um，輸出腳1為可調(diào)輸出腳位，靈敏度可通過(guò)控制腳連接可調(diào)電阻來(lái)調(diào)整，默認(rèn)為引腳2的2.5倍即最小粒子檢出能力為2.5um。通過(guò)采集引腳的低電平的占比，低脈沖率計(jì)算公式為RT=LT/UTx100%。根據(jù)原件的特性曲線(xiàn)圖計(jì)算出當(dāng)前空氣中粒子數(shù)，根據(jù)粒子數(shù)和含塵濃度的近似關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前空氣中P

7、M2.5的濃度，輸出PWM波形如圖2所示。 </p><p>　　圖2 DSM501輸出引腳PWM波形 </p><p>　　報(bào)警顯示模塊中，顯示部分采用1062LCD，該元件最多可顯示兩行32個(gè)字符，使用前需進(jìn)行初始化，可將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成濃度后進(jìn)行顯示；報(bào)警功能采用無(wú)源蜂鳴器，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)引腳輸出信號(hào)通過(guò)聲音報(bào)警的方式提醒用戶(hù)。 </p><

8、;p>　　電源模塊采用鋰電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓后供系統(tǒng)使用，預(yù)留充電接口可反復(fù)充電，作為便攜式儀器使用；也可根據(jù)需要采用直流穩(wěn)壓模塊，將220V交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電源，作為固定式儀器使用。 </p><p><b>　　三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>　　系統(tǒng)上電之后需進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)初始化程序、檢測(cè)模塊初始化程序、顯示模塊初始化程序等。在工作過(guò)程

9、中，由單片機(jī)定時(shí)，檢測(cè)DSM501元件輸出引腳的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)中的低電平進(jìn)行計(jì)時(shí)，得出PWM信號(hào)中低電平的占空比，根據(jù)DSM501元件的特性曲線(xiàn)得出被測(cè)空氣中的粒子濃度，將數(shù)據(jù)發(fā)送給1602顯示，當(dāng)采集的粒子濃度高于警戒值，單片機(jī)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，單片機(jī)檢測(cè)程序如下所示。 </p><p>　　void timer0（） interrupt1//中斷服務(wù)程序，每1ms中斷一次 </p><p&g

10、t;　　{number++； </p><p>　　if（PWM==0）lt_time++； //每1ms檢測(cè)PWM脈沖點(diǎn)評(píng)高低 </p><p>　　if（number==30000） /nunber計(jì)數(shù)到30000MS，即30S計(jì)時(shí)周期 </p><p>　　{TR0=0； //關(guān)閉定時(shí)器0 </p><p>　　rate=（int）（l

11、t_time/300）；//計(jì)算低脈沖率 </p><p>　　number=0；//30S定時(shí)復(fù)位，開(kāi)始下一個(gè)測(cè)量周期 </p><p>　　lt_time=0；TR0=1；//啟動(dòng)定時(shí)器0} </p><p>　　TH0=0xfc；TL0=0x66；//設(shè)置定時(shí)器初值 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b>

12、</p><p>　　本設(shè)計(jì)給出了一種以AT89S52單片機(jī)和DSM501灰塵檢測(cè)器為核心元件的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功耗低的優(yōu)點(diǎn)、可作為便攜式儀器的使用，也可作為固定式的檢測(cè)儀器。在本設(shè)計(jì)的思路上，可以通過(guò)升級(jí)改造，增加其他模塊，實(shí)現(xiàn)更多的功能，作為家用物聯(lián)網(wǎng)智能家居的一部分，也可用于工業(yè)場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)： </p><p>　　[1]彭應(yīng)登，鐘良.