關(guān)于氣體質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)與研究

王海傳 陳雨辰 譚熙 楊金蘭 付瑤

摘要：Blue sky質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器采取了新型高新技術(shù)，配以個(gè)性化定制，嚴(yán)格按照國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造出一款專門(mén)為國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)進(jìn)行空氣中粉塵等有害物質(zhì)監(jiān)測(cè)的機(jī)器。此機(jī)器操作便捷，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性高，質(zhì)量穩(wěn)固。最主要的功能是能有效的監(jiān)測(cè)空氣中的粉塵濃度指標(biāo)，從而時(shí)刻提醒企業(yè)的環(huán)境衛(wèi)生情況。這款監(jiān)測(cè)儀器能有效解決當(dāng)前空氣監(jiān)測(cè)產(chǎn)品存在的諸多問(wèn)題。現(xiàn)如今，在我國(guó)空氣污染問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，國(guó)家越來(lái)越提倡并執(zhí)行環(huán)境保護(hù)政策的當(dāng)前背景下，我們不僅希望能為國(guó)內(nèi)消費(fèi)者提供物美價(jià)廉的優(yōu)良監(jiān)測(cè)儀器，而且希望能在一定程度上減少國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)儀市場(chǎng)對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的依賴。

關(guān)鍵詞：空氣污染;監(jiān)測(cè)儀;節(jié)能;中小企業(yè)

中圖分類號(hào)：X84?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）08-0069-01

國(guó)家乃至世界越來(lái)越關(guān)注于氣候、環(huán)境的保護(hù)。自習(xí)近平主席上臺(tái)以來(lái)，對(duì)于空氣質(zhì)量治理、環(huán)境保護(hù)等出臺(tái)了很多政策，并推出“金山銀山，不如綠水青山”的口號(hào)，可見(jiàn)國(guó)家對(duì)于空氣質(zhì)量和環(huán)境的治理工作的決心;2015年柴靜調(diào)查的紀(jì)錄片《穹頂之下》，一時(shí)間引發(fā)了人們對(duì)于空氣污染等問(wèn)題深思;而近幾年來(lái)，“霧霾”這個(gè)詞頻頻出現(xiàn)在我們的視野前，不斷有城市報(bào)告出現(xiàn)霧霾嚴(yán)重報(bào)告，出行受阻等現(xiàn)象。不僅僅是我們國(guó)家，世界上類似于哥本哈根氣候大會(huì)，針對(duì)于近年來(lái)出現(xiàn)的溫室氣體排放導(dǎo)致氣候變暖，冰川融化，海平面上升等問(wèn)題，一直在尋求解決的辦法。由此可以看出，空氣排放質(zhì)量的檢測(cè)對(duì)于我們?nèi)祟?、地球?lái)說(shuō)是否為合標(biāo)準(zhǔn)的排放顯得尤為重要，所以我們團(tuán)隊(duì)推出“Blue Sky”計(jì)劃，利用CB051F005單片機(jī)制作粉塵傳感器檢測(cè)空氣中排放的粉塵粒子中直徑達(dá)到1mm以上的含量，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)識(shí)別、計(jì)算，從而得出排放氣體是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要對(duì)排放氣體進(jìn)行二次處理或者限制排放等措施。

1?軟硬件技術(shù)結(jié)合

通過(guò)C8051F005單片機(jī)作為灰塵傳感器，采用粒子計(jì)數(shù)原理，可檢測(cè)直徑1μm以上的粒子，內(nèi)置加熱器可自動(dòng)吸入待測(cè)空氣。其采用PWM脈寬調(diào)制輸出，當(dāng)有粒子時(shí)，輸出0.7V左右的低電平;待測(cè)空氣潔凈時(shí)輸出4.5V左右的高電平。

質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀的軟件系統(tǒng)包括：初始化程序、數(shù)據(jù)采集程序和顯示程序。初始化程序包括單片機(jī)AT89C51的初始化和DSM501的初始化，然后等待中斷。中斷程序包括數(shù)據(jù)采集、處理和顯示三部分。數(shù)據(jù)采集采用數(shù)字濾波方法，連續(xù)采樣30次，去掉5個(gè)最大值和5個(gè)最小值，求剩下的20個(gè)采樣結(jié)果的平均值，并將之作為結(jié)果數(shù)據(jù)，而后比照特性曲線將其換算成粒子濃度。顯示軟件將這個(gè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，送至液晶顯示屏顯示。

測(cè)試儀的發(fā)射裝置和接受裝置都安裝在煙道的兩側(cè)法蘭，激光穿過(guò)充滿煙塵的煙道，照射到安裝在煙道另一側(cè)接收裝置的探測(cè)器，測(cè)試儀采集探測(cè)器的信號(hào)，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換成粉塵濃度，測(cè)量結(jié)果以4-20mA的電流信號(hào)送出，測(cè)試儀保存數(shù)據(jù)在片上的Flash中，也傳達(dá)到PC機(jī)里做記錄和分析濃度。由于煙道的環(huán)境比較惡劣，空氣清吹裝置保持鏡頭的清潔度。

終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的處理由兩部分完成，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)以前的信號(hào)都為模擬信號(hào)，其中A/D轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其作用是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以適應(yīng)計(jì)算機(jī)工作。

測(cè)量結(jié)果由計(jì)算機(jī)通過(guò)接口電路送給輸出設(shè)備，輸出設(shè)備采用液晶顯示，使用D/A轉(zhuǎn)換器把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量恢復(fù)成模擬量，通過(guò)記錄儀顯示，記錄，這樣可將數(shù)字量直接送到顯示終端繪制波形。

單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警：

通過(guò)單片機(jī)控制器與灰塵傳感器構(gòu)成數(shù)字量采集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和顯示，即可實(shí)現(xiàn)以下功能：隨時(shí)設(shè)定報(bào)警閥值;實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)空氣中可吸入肺顆粒物的濃度，即PM2.5濃度;當(dāng)PM2.5濃度超出報(bào)警閥值時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警。

2?特色創(chuàng)新點(diǎn)

（1）項(xiàng)目主要研究的是采用粒子計(jì)數(shù)原理滿足測(cè)量精度、可靠獲取粉塵濃度的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

（2）該項(xiàng)目通過(guò)單片機(jī)控制器與灰塵傳感器構(gòu)成數(shù)字量采集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和顯示，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)設(shè)定報(bào)警閥值;實(shí)時(shí)、快速檢測(cè)空氣中可吸入肺顆粒物的濃度等多項(xiàng)功能。

（3）該項(xiàng)目對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象逐一標(biāo)定，同時(shí)給出粉塵濃度變化和粒度變化，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)不同濃度大小粉塵，安裝、操作簡(jiǎn)單，功能齊全。

（4）項(xiàng)目啟動(dòng)資金充足，有大量企業(yè)家的支持。

（5）國(guó)家政策的全力支持與國(guó)際必然趨勢(shì)。

（6）技術(shù)水平和產(chǎn)品模式的先進(jìn)性、創(chuàng)新性、獨(dú)特性，具有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：王志軍（1992-），男，漢族，助教，碩士，圖像處理，空中領(lǐng)航。

肖歡暢，男，1982年2月，漢族，重慶，講師，碩士，現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)與方法。