基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)器

趙祖玉　鮑建奎　劉黎

摘要：本文是基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)器的研究，主要包含PM2.5檢測(cè)功能、光照檢測(cè)功能、溫濕度檢測(cè)功能、液晶顯示控制功能、指示燈控制功能、報(bào)警功能、按鍵功能和主控制器。可檢測(cè)環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強(qiáng)度值并通過顯示屏顯示，同時(shí)具有聲光報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞：PM2.5;溫濕度;光照 ;空氣質(zhì)量

1.研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平在不斷的提高。消費(fèi)者的生活已有“數(shù)量型”向“質(zhì)量型”轉(zhuǎn)變[1]，“安全、健康、舒適”成為生活的核心理念?，F(xiàn)代裝修材料的五花八門，材料中散發(fā)出的有害元素PM2.5給我們的生活帶來了極大的威脅[2]。PM2.5為較高的毒性物質(zhì)，在我國(guó)有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上高居第二位[3]。PM2.5已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸性物質(zhì)[4]，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源。因此人們對(duì)空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的需求迫在眉睫。

2.課題研究?jī)?nèi)容

本文基于當(dāng)前背景下人們對(duì)于空氣質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)器，滿足室內(nèi)環(huán)境對(duì)PM2.5有害氣體的檢測(cè)，并且具有顯示以及聲光報(bào)警的功能。系統(tǒng)主要包含硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，以下將進(jìn)行具體介紹。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

空氣質(zhì)量檢測(cè)器的主要功能包括PM2.5檢測(cè)、光照檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、液晶顯示控制、指示燈控制、報(bào)警、按鍵和主控制器?？蓹z測(cè)環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強(qiáng)度值并通過顯示屏顯示，可通過按鍵設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)值超過報(bào)警值時(shí)進(jìn)行報(bào)警，相應(yīng)的報(bào)警并且指示燈亮。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

3.1? 主控制器選擇方案

STC系列51單片機(jī)具有具有高性能、功能多、速度高且運(yùn)行性能比較穩(wěn)定，且其內(nèi)部存儲(chǔ)ROM和RAM較大;同時(shí)，此單片機(jī)具有通用的硬件接口，功耗小，存儲(chǔ)空間相當(dāng)大，能夠完全滿足本文中設(shè)計(jì)和開發(fā)的要求。因此本文主控制器選用STC89C52。

3.2? PM2.5采集方案

PM2.5采集選用體積小、相對(duì)穩(wěn)定的ZE08-CH2O專用PM2.5采集模塊[10]，模塊。它應(yīng)用了電化學(xué)技術(shù)，可以對(duì)環(huán)境中的PM2.5進(jìn)行檢查，并且內(nèi)部有溫度檢測(cè)功能，主要用于為PM2.5濃度件進(jìn)行溫度補(bǔ)償，模塊應(yīng)用電化學(xué)檢測(cè)方案和電子電路共同實(shí)現(xiàn)PM2.5濃度數(shù)據(jù)的采集。

3.3? 光照檢測(cè)方案

系統(tǒng)需要完成對(duì)光照的采集，選擇光敏電阻實(shí)現(xiàn)此功能，光照越強(qiáng)，載流子越多，電流越大，光敏電阻值就會(huì)越小，根據(jù)光敏電阻這一特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的光照檢測(cè)電子電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)光照的檢測(cè)功能。

3.4? 溫濕度檢測(cè)方案

溫濕度的檢測(cè)采用DHT11溫濕度傳感器，單片機(jī)通過一條通信線采集的溫濕度數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行相應(yīng)的控制。此傳感器成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠在非常惡劣的調(diào)節(jié)下工作。

3.5? 顯示模塊設(shè)計(jì)選擇

顯示模塊采用功耗很低，體積小，顯示的內(nèi)容較豐富的LCD1602，液晶顯示器顯示的效果相對(duì)比較清晰，并且無(wú)論是數(shù)字或者字母都可以很清楚地進(jìn)行顯示。

4.軟件整體設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)器完成了PM2.5檢測(cè)、光照檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、液晶顯示、指示燈顯示、報(bào)警、按鍵功能?？蓹z測(cè)環(huán)境溫度、PM2.5值和光照強(qiáng)度值并通過顯示屏顯示，可通過按鍵設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)值超過報(bào)警值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

5.實(shí)物組裝

軟件和硬件設(shè)計(jì)完成后，就可以采購(gòu)器件進(jìn)行實(shí)物組裝，實(shí)物裝需要按照電路圖進(jìn)行焊接，各個(gè)模塊之間也有組裝順序，首先是電源、主控制器電路、其他模塊。電源需要保證沒有短接，在進(jìn)行其他模塊的焊接，實(shí)物如圖3所示。

6.總結(jié)

本文主要研究了一種基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)器，體積小，功耗低，主要應(yīng)用于家庭空氣質(zhì)量的檢測(cè)，對(duì)人們的生活具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁修乘，韋敏杰，張雷.一種車內(nèi)甲醛檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（10）：194-195.

[2]TEXAS INSTRUMENTS. A Wireless Sensor Network for Hospital Security： From User Requirements to Pilot Deployment. Article number （140-141）.

[3]James F.Kurose Keith W.Ross COMPUTER NETWORKING A Top-Down Approach Featuring the Internet（Third Edition） Higher Education Press 2018（12）.

[4]韓宏哲.基于單片機(jī)的甲醛濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].科技展望，2016，26（20）：153.