基于單片機的溫濕度PM2.5檢測儀

南海城 唐雅媛 潘學文

摘要：為讓人們了解到空氣質(zhì)量，該設(shè)計利用單片機、溫濕度傳感器和PM2.5檢測模塊構(gòu)成的檢測儀，可將空氣中溫濕度、PM2.5濃度數(shù)據(jù)實時采集。檢測儀分為溫濕度檢測與PM2.5檢測兩大部分，采用溫濕度傳感器DHT11檢測空氣中的溫濕度參數(shù)，采用粉塵檢測傳感器GP2Y1010AU0F測量空氣中的PM2.5濃度，然后將收集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為單片機可辨別的信號，最后在液晶顯示屏上顯示出數(shù)據(jù)，從而用來監(jiān)測PM2.5的含量。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器;粉塵傳感器;單片機;空氣質(zhì)量

中圖分類號：TN911-4;G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0208-02

Abstract： In this paper，ZigBee AD hoc network technology is used to build a wireless sensor network for information exchange to achieve intelligent home environment monitoring. The system hardware is based on the CC2530 development board and the wireless sensor network is built through ZigBee coordinator， routing nodes and network nodes， multiple sensor nodes for data acquisition， and the acquisition of the signal amplification， A/D conversion and other processing， to achieve A close distance between the nodes of wireless communication. The user terminal uses the upper computer to write the software code and realize the real-time display of data. The system has the advantages of low power consumption， low cost， convenient installation， compact and beautiful and is suitable for the real-time monitoring of environmental data in the user's residence.

Key words： temperature and humidity sensor; dust sensor; single chip microcomputer; air quality

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，越來越多人注重空氣品質(zhì)狀況等環(huán)境問題及所帶來的影響。人每天都要呼吸空氣的，當然是希望空氣質(zhì)量更高才好?？諝赓|(zhì)量檢測有很多方法，包含裝修污染、室內(nèi)空氣檢查與測量、作業(yè)場所有害物質(zhì)檢測、工廠油煙檢測、鍋爐大氣以及工業(yè)窯爐檢驗測試及工廠排出的工業(yè)廢氣檢測等等[1-2]。

本設(shè)計基于單片機、溫濕度傳感器、PM2.5檢測模塊，檢測室內(nèi)空氣中的溫度、濕度、粉塵濃度三項數(shù)值。當檢測到數(shù)值超過設(shè)置的范圍后蜂鳴器會發(fā)出報警聲，可以更好地進行室內(nèi)空氣質(zhì)量的評估，為人類營造一個良好健康的呼吸環(huán)境[3-4]。

1 設(shè)計總體方案

設(shè)計涉及主硬件為：STC89C52RC單片機，DHT11溫濕度傳感器，粉塵傳感器GP2Y1010AU0F，蜂鳴器報警電路按鍵設(shè)置電路以及超標指示顯示模塊組成。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

STC89C52RC是STC公司研發(fā)的一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。STC89C52使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，由于進行了大量的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不擁有的功能。在單芯片上，具有靈活的8 位CPU 和在系統(tǒng)能夠編程Flash，讓STC89C52為大部分嵌入式控制應用系統(tǒng)提供非常靈便、超級有效的解決辦法。溫濕度傳感器DHT11集成數(shù)字濕度與溫度一體，運用濕溫度傳感技術(shù)與數(shù)字模塊采集技術(shù)，能夠確定產(chǎn)物具備很高的可靠性與突出的長期穩(wěn)定性。夏普光學粉塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢驗非常微小的顆粒，如香煙煙霧等，效率是非常高的，而且是經(jīng)常使用的空氣凈化器系統(tǒng)。LCD1602A 是一種工業(yè)字符型液晶，可以同時展示出16x02 即32個字符。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 單片機最小控制系統(tǒng)

STC89C52是一種功率消耗低、性能很高的CMOS8位微控制器，具備 8K 在系統(tǒng)能編程Flash 存儲器。最小系統(tǒng)包含單片機以及它需要的必備的電源、時鐘、復位等等部件，可以讓單片機一直處于正常的工作狀態(tài)。用STC89C52單片搭建成最小應用系統(tǒng)的同時，只要將單片機連接上時鐘電路和復位電路就行了，其原理框圖如圖2所示。

2.2 溫濕度傳感器

將溫濕度傳感器DHT11與單片機STC89C52進行連接，用單片機的P2.0口進行串行數(shù)據(jù)發(fā)收，并連接至傳感器的Pin2口。由于檢測范圍的影響，需要接5K上拉電阻至電源端。傳感器的第三腳懸浮放置，且傳感器電源端口Pin4與Pin1各自接在單片機的GND和VDD端。DHT11傳感器的原理電路圖如圖3所示。

2.3 pm2.5檢測模塊

粉塵傳感器GP2Y1010AU0F用來檢測空氣中的PM2.5濃度，運用光敏的原理來進行檢測。傳感器正中央有個孔能夠流過自由的空氣，指定發(fā)出led光，經(jīng)過檢驗空氣中的粉塵折射之后光線去判別灰塵含量的數(shù)值，其實物圖如圖4所示。

硬件電路還有A/D轉(zhuǎn)換電路、 燈光報警電路、聲音報警電路、液晶顯示電路和按鍵電路。整個檢測儀以單片機STC89C52作為控制核心，通過從上至下的分層次化設(shè)計思想，把整個系統(tǒng)按照功能模塊劃分成多個單獨的電路模型，對每個電路模型獨立進行設(shè)計，最后將所有模塊電路集成到一起形成整個檢測儀，其整體原理電路如圖5所示。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)工作原理綜合得到系統(tǒng)工作程序流程圖如6所示。連接好usb電源線后，按下電源開關(guān)鍵設(shè)備將會進行初始化。中斷系統(tǒng)和液晶初始化好后會進入while循環(huán)，來判斷溫濕度轉(zhuǎn)換標志位是否為1，為1后將開始讀取溫濕度數(shù)值，然后再在液晶顯示屏上顯示出來;之后繼續(xù)循環(huán)判斷溫濕度是否超過設(shè)定好的范圍數(shù)值，當超過設(shè)置的范圍后，對應的指示燈將會亮，這是溫濕度部分;粉塵檢測部分通過AD轉(zhuǎn)換讀取ADC0832數(shù)據(jù)來讀取粉塵的濃度值，之后判斷粉塵濃度是否超過設(shè)定好的范圍數(shù)值，超出后對應的指示燈將點亮;經(jīng)過單片機的處理，所有的指示燈亮的同時，蜂鳴器在報警電路的作用下發(fā)出報警聲。

4 結(jié)論

對設(shè)計實物進行了通電測試，經(jīng)過不斷改進與調(diào)試，得到了按鍵、顯示屏以及指示燈的功能測試結(jié)果，基本功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。本設(shè)計所做的檢測儀體積小，功耗低，操作簡單，可實時了解室內(nèi)空氣質(zhì)量，合適用于室內(nèi)空氣環(huán)境檢測或醫(yī)療安康保健。

參考文獻：

[1] 薛榮坤.基于單片機的PM2.5濃度檢測儀的設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（14）：256-257.

[2] 李超.車內(nèi)環(huán)境PM2.5檢測與凈化應用研究[D].長春：吉林大學，2019.

[3] 何金鳳. PM2.5多功能檢測儀的設(shè)計與開發(fā)[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2019，17（3）：10-13，19.

[4] 張艷艷.PM2.5檢測技術(shù)研究進展[J].傳感器世界，2019，25（3）：13-16.

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