基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測儀研究與設(shè)計

楊政秋

內(nèi)容摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展以及生活環(huán)境的變化，人們對PM2.5越來越關(guān)注和重視。在熟悉它對人體有壞的影響之后，對PM2.5的檢測對人們來說意義重大，特別是那些體積小重量輕的儀器可以讓我們實時對周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，保證了我們生活環(huán)境的健康問題。本設(shè)計系統(tǒng)主要是用AT89S52單片機(jī)來檢測空氣中的PM2.5的濃度值。將傳感器、單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換三種技術(shù)運用到一起，把收集到的空氣中的顆粒物質(zhì)由一個模擬的轉(zhuǎn)變成一個數(shù)字，在單片機(jī)的程序處理下，將最終得到的結(jié)果呈現(xiàn)在LCD液晶屏上。

關(guān)鍵詞：AT89S52單片機(jī)? ?PM2.5? ?傳感器

1.前言

在如今社會，數(shù)字的發(fā)展在科技上可謂突飛猛進(jìn)，人們生活水平的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，在科技經(jīng)濟(jì)給我們帶來巨大的好處時同時也伴隨著一些不好的事情，其中有一項就是對環(huán)境的污染，這也是人們對生活環(huán)境的關(guān)注度越來越高的原因，擔(dān)心自己身處環(huán)境對自己的健康有所危害，使得“環(huán)境”這個詞時刻圍繞著大家，在我們處在科技越來越發(fā)達(dá)的社會上，人們開始向往在一個舒適、親近大自然的環(huán)境中生活。

本系統(tǒng)設(shè)計是以單片機(jī)為核心處理器，與其他部分進(jìn)行配合運作。主要是采用AT89S52單片機(jī)作為處理器，將ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、夏普粉塵傳感器、LCD1602液晶顯示屏這些部分組成一個檢測粉塵濃度的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以通過采集、轉(zhuǎn)換、處理以及顯示來檢測所處環(huán)境的PM2.5的濃度值，最終通過報警系統(tǒng)來告知人們目前所處的環(huán)境，讓人們做好保護(hù)措施以及提高環(huán)境質(zhì)量。

此課題的目的是將單片機(jī)與傳感器的控制系統(tǒng)結(jié)合，完成對空氣環(huán)境中PM2.5濃度的檢測。而本設(shè)計的優(yōu)勢在于體積輕便便于攜帶，費用較低。該設(shè)計是以單片機(jī)為核心，通過傳感器對環(huán)境中顆粒物的收集，再由A/D轉(zhuǎn)換單元將一個模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€數(shù)據(jù)，由單片機(jī)處理傳送到LCD液晶顯示屏進(jìn)行呈現(xiàn)，當(dāng)顯示的值大于最初設(shè)定的最大值時，蜂鳴器開始報警，完成對PM2.5的檢測。其主要設(shè)計內(nèi)容如下：

（1）首先，用夏普傳感器GP2Y1010收集空氣中粉塵顆粒物;

（2）其次，用A/D轉(zhuǎn)換單元將采集到的物質(zhì)從一個模擬量轉(zhuǎn)換為一個數(shù)據(jù);

（3）再由AT89S52單片機(jī)處理空氣中粉塵顆粒物，得到其濃度值;

（4）在LCD1602液晶顯示屏上呈現(xiàn)其測量數(shù)據(jù);

（5）最終，當(dāng)測量所得數(shù)值大于我們用按鍵設(shè)置的報警值時，蜂鳴器開始報警。

2.系統(tǒng)硬件總體設(shè)計及電路設(shè)計

2.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

此設(shè)計主要是以AT89S52單片機(jī)為控制核心處理器，由ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、夏普粉塵傳感器、LCD1602液晶顯示屏組成。通過傳感器對環(huán)境中顆粒物的收集，再由A/D轉(zhuǎn)換單元將一個模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€數(shù)據(jù)，由單片機(jī)處理傳送到LCD液晶顯示屏進(jìn)行呈現(xiàn)，設(shè)計系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.PM2.5灰塵傳感器：把空氣中顆粒物質(zhì)采集;

2.A/D轉(zhuǎn)換電路：將傳感器采集進(jìn)來的一個模擬的轉(zhuǎn)換為一個數(shù)據(jù);

3.供電電路：對設(shè)計系統(tǒng)提供電量;

4.單片機(jī)最小系統(tǒng)：把AT89S52核心處理單元，包括一些時鐘電路等其他裝置;

5.顯示液晶：將由A/D轉(zhuǎn)換電路得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)以及初始報警值顯示;

6.按鍵電路：對報警器所選參數(shù)值進(jìn)行更改;

7.報警電路：超過系統(tǒng)設(shè)置實現(xiàn)報警功能。

3.2硬件電路設(shè)計及相應(yīng)主要芯片介紹

依據(jù)所設(shè)計的要求功能，我們可以通過改變硬件電路的連接方式進(jìn)行調(diào)整，如下所述。

2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指可以讓單片機(jī)在聚集在一個小小的芯片上并且能夠完整、正常的完成一個工作或者體現(xiàn)它功能的系統(tǒng)。是一個核心部位，類似于人的大腦。并且單片機(jī)還是能對時間進(jìn)行控制，而且還是一個通訊的接口部位，盡管現(xiàn)在單片機(jī)發(fā)展的特別快。就普遍情況而言，AT89S52單片機(jī)工作時的電壓是5V，通過電路圖，我們把VCC接在電壓為5V上面，而接地線為VSS，復(fù)位電路在單片機(jī)中是至關(guān)重要的而且必須要有，類似于一個電腦上面的開機(jī)鍵位，本次設(shè)計主要是設(shè)計一個手動復(fù)位開關(guān)。

其實在此次設(shè)計中與復(fù)位電路一樣重要的有時鐘電路，復(fù)位電路相當(dāng)于電腦的開機(jī)鍵，時鐘電路則類似于電腦的心臟CPU，起著控制單片機(jī)的作用，而XTAL1作為反向放大器的輸入端，XTAL2作為反向放大器的輸出端，主要是采用晶振的產(chǎn)生固定的振蕩頻率來完成放大的作用，此次設(shè)計系統(tǒng)是利用具有十二個振蕩周期的石英晶振來完成的。

2.2.2采集電路設(shè)計

對采集空氣中的PM2.5的粉塵部位的電路，我采用的是夏普GP2Yl010AUOF這一款空氣質(zhì)量檢測裝置的傳感器。運用了NPN三極管來讓夏普GP2Yl010AUOF的LED端口開始運作，將得到的輸出的模擬量轉(zhuǎn)而變成了轉(zhuǎn)換模數(shù)ADC0832的輸入端口，再通過轉(zhuǎn)換模數(shù)ADC0832的功能，把一個模擬量轉(zhuǎn)換為一個數(shù)據(jù)再運輸給單片機(jī)AT89S52。

2.2.3液晶顯示模塊

單片機(jī)AT89S52在搜取到模擬的信號源之后，在AT89S52核心處理器的操作后，會將測量的pm2.5的濃度值的大小顯示在LCD1602的液晶顯示屏上面。

2.2.4發(fā)光報警電路

電路中的報警裝置主要有蜂鳴器、三極管以及與單片機(jī)AT89S52的P15接口連接起來，其中P15端口是高電平的時候，蜂鳴器不反應(yīng)，而當(dāng)P15端口是低電平的時候，與此同時二極管LED產(chǎn)生光，蜂鳴器產(chǎn)生報警。我們還可以自己手動操作PM2.5的濃度最高值。

3.軟件部分設(shè)計

本設(shè)計的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89S52作為控制核心，其中軟件系統(tǒng)主要分成了幾個模塊，主要是系統(tǒng)的初始化模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、傳感器模塊等，單片機(jī)AT89S52是以對軟件系統(tǒng)的控制來對硬件系統(tǒng)的控制，檢測和計算空氣中的PM2.5濃度值，用LCD液晶顯示屏呈現(xiàn)出來.

3.1軟件的開發(fā)

整個軟件系統(tǒng)主要是用KEIL軟件來校對我們寫的軟件系統(tǒng)的正確與否，操作簡單方便。

3.2主體程序設(shè)計

3.2.1主要系統(tǒng)程序的設(shè)計

1.設(shè)計的流程

對于整個設(shè)計系統(tǒng)起核心的是驅(qū)動傳感器，搜取傳感器輸出的電壓數(shù)值，用單片機(jī)AT89S52進(jìn)行計算，把最終得到的PM2.5濃度結(jié)果運輸?shù)揭壕э@示器呈現(xiàn)出來，主要系統(tǒng)程序的設(shè)計的流程是在把各個部分初始化之后，再搜集模擬的輸出電壓，通過種種計算PM2.5濃度值。

2.初始化編程

初始化主要是對A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊LCD1602初始化，再通過虛擬的模擬數(shù)值對定時器初始化。

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