家用空氣質(zhì)量檢測儀設計紹

徐韜 徐晶

課題設計主要是利用單片機作為微處理器，以單片機為核心并與粉塵傳感器以及其他電路相結(jié)合，進而實現(xiàn)相應的功能。以AT89S52單片機為核心，ADC0832模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、PM2.5粉塵傳感器GP2Yl010AUOF和LCD1602顯示屏等組成的粉塵濃度檢測系?統(tǒng)。它的具體實現(xiàn)過程：首先，對當前的環(huán)境進行監(jiān)測，這樣就實現(xiàn)了PM2.5的采集；然后轉(zhuǎn)換裝置通過顯示裝置LCD液晶顯示器，進行結(jié)果展示。通過這種方式，來達到對環(huán)境的檢測監(jiān)控作用。該系統(tǒng)的電路也比較簡單，具有一定的使用價值。

1.系統(tǒng)總體設計方案

本裝置設計系統(tǒng)是由控制模塊、采集模塊、顯示模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊四大部分組成的，通過各個模塊間的相互配合來實現(xiàn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，達到預期所期待的效果。

2.系統(tǒng)硬件總體設計

本次設計系統(tǒng)主要通過PM2.5灰塵傳感器對空氣中的細小顆粒進行感應，并將感應結(jié)果進行模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換，最后在LCD液晶顯示器上顯示出檢測的結(jié)果。

PM2.5灰塵傳感器：此傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣中的顆粒進行感應的效果，然后可以將感應到的信號傳給A/D轉(zhuǎn)換電路。

A/D轉(zhuǎn)換電路：裝換電路接收到傳感器傳來的信號之后，就可以進行模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換完之后進行下一步。

按鍵電路：系統(tǒng)通過按鍵電路，在按鍵電路的作用下，對系統(tǒng)做出調(diào)整。

單片機最小系統(tǒng)：單片機最小系統(tǒng)是控制電路的核心，它能夠很好的實現(xiàn)程序的輸出、程序的控制以及通訊等一些功能，在設計中會得到很好的應用。

報警電路：當系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候，報警電路就會起到重要的作用，及時的報警，方便我們更快的采取相應的措施。

顯示液晶：經(jīng)過處理之后，所要得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)都要通過液晶顯示器顯示出來，同時便于我們觀察數(shù)據(jù)。

供電電路：是起到對整個系統(tǒng)提供電源的作用，如果沒有供電電路則整個系統(tǒng)都不能正常運行。

2.1單片機最小系統(tǒng)

單片機的最小系統(tǒng)是一個體積非常小，質(zhì)量很輕的電腦設備，它具有控制電腦設備的核心作用，此小小的系統(tǒng)能夠讓單片機正常的運行，很好的發(fā)揮它所具有的作用，在整個系統(tǒng)中可以很好的實現(xiàn)它的價值。

2.2采集電路設計

本系統(tǒng)采集電路的設計是采用夏普GP2Yl010AUOF型號的傳感器采集到空氣中的細小的灰塵顆粒，然后采用PNP三極管驅(qū)動傳感器上的LED端進行顯示，所得到的結(jié)果再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后傳給單片機。GP2Yl010AUOF是一種利用光電的原理來測定空氣的質(zhì)量是否達標的一種傳感器，其中發(fā)光二極管發(fā)射光線，然后再經(jīng)過晶體管進行接收，從而引起了電壓在數(shù)值上的變化。與此同時，傳感器里的空氣傳導設備就會起到使空氣流通的作用。

2.3液晶顯示電路設計

單片機采集到模擬信號后，經(jīng)過單片機運算處理，在液晶LCD1602上面顯示出計算測量到的PM2.5濃度值。

2.4報警電路設計

報警電路采用蜂鳴器，三極管9012驅(qū)動，和單片機的P1.5相連接，當P1.5口為高電平，蜂鳴器不報警，當P1.5口為低電平，并且?guī)в蠰ED二極管發(fā)光，蜂鳴器報警。同時還可以手動通過按鍵來調(diào)節(jié)PM2.5的最高濃度值。

3.軟件設計

軟件功能的實現(xiàn)基本按照硬件功能的劃分設計，主要功能分為：系統(tǒng)初始化時的應用模塊，驅(qū)動時應用的傳感器模塊，模擬信號和數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的模塊，PM2.5數(shù)值計算和顯示數(shù)據(jù)等一些模塊。軟件部分設計好了之后，在系統(tǒng)上通過LCD1602液晶顯示器顯示出PM2.5的值。

3.1開發(fā)環(huán)境

Keil C軟件是一個很強大，非常適用的仿真調(diào)試軟件，此軟件是在一個很大的集成開發(fā)環(huán)境下把c語言編譯器、匯編的程序、調(diào)試器、還有連接器組建在一起，通過這些元件間的相互配合和聯(lián)系，從而實現(xiàn)其應有的功能，在設計的過程中應用該軟件也可以減少不必要的麻煩。

3.2主體程序設計

3.2.1主程序設計

主程序的基本流程為：首先要做的是對各元件進行初始化的操作，把應用的各個器件恢復到最原始的狀態(tài)，只有都做到清零，然后才能開始進行接下來的操作。采集通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器所輸出的結(jié)果，在通過單片機準確無誤的計算出空氣PM2.5的濃度值。

3.2.2中斷程序設計

本設計系統(tǒng)采用的定時器中斷是為了能夠做到驅(qū)動粉塵傳感器的效果，定時器1中斷設定工作在方式1，每次進入中斷后需要不斷地進行重新的賦值.

4.系統(tǒng)的調(diào)試

在設計的過程中，發(fā)現(xiàn)硬件設計或者是軟件程序編寫過程中的錯誤，需要不斷完善的地方就是屬于系統(tǒng)調(diào)試，并且對這些不足的地方及時加以修改和完善。

4.1硬件調(diào)試

通常在做硬件的調(diào)試時，給設備焊接時出現(xiàn)的問題是造成硬件設備的缺陷的主要原因，在焊接時一定要注意很多細小的問題，在焊接小的零件時要注重細節(jié)，如果因為一個零件的不小心連錯了位置，那么將會造成整個系統(tǒng)的紊亂，而焊接問題的表現(xiàn)主要有以下幾種：

（1）焊錫時出現(xiàn)連橋。什么是焊錫連橋，用比較通俗的話來說就是我們使用焊錫時如果焊接的位置不合適，所發(fā)生的短路的現(xiàn)象。

（2）冷焊。如果我們在焊錫的過程中，不能使焊錫充分地進行融化，那么就非常容易出現(xiàn)焊錫連接不緊密的現(xiàn)象，這樣就會導致導電的作用不是很好，從而造成硬件調(diào)試不出來。

（3）焊錫時，在焊點表面有的時候也會形成十分尖銳的突起的小尖，這主要是因為在焊錫的時候，對焊工的操作掌握還是不夠熟練所造成的結(jié)果。

（4）當焊錫如果使用過量時，則會導致焊點的焊錫都堆積在一起等問題；焊錫如果使用量過少，那么將出現(xiàn)不能完全包裹焊點的現(xiàn)象，這樣量的或多或少都會給焊錫時帶來不必要的麻煩，所以在焊錫時，對焊錫的用量適量最好。

4.2軟件的調(diào)試

本系統(tǒng)的設計用的是C語言軟件程序，并通過C語言對單片機進行操作的控制，在設計全部完成之后，要通過調(diào)試軟件把編制的程序進行測試并對整個系統(tǒng)的設計進行調(diào)試，觀察一下是否有不正?；蛘呤清e誤的現(xiàn)象，調(diào)試是一個反復操作的過程，通過調(diào)試的過程能夠發(fā)現(xiàn)編寫的程序中存在的錯誤，并進行修改。

（作者單位：長春師范大學）