单片机之pm2.5测试仪的设计
目 录
引 言 1
一、系统总体方案设计 2
二、硬件部分设计与主要芯片介绍 2
（一） 单片机部分介绍 2
1.单片机最小系统介绍 2
2.AT89S52单片机介绍 4
（二） 信息采集部分设计 5
1. GP2Y1010AU0F传感器 5
2. ADC0832模数转换 7
（三） 显示部分设计 8
（四） 报警部分的设计 8
（五） 供电部分设计 10
三、软件部分的设计 10
（一） 开发环境 11
（二） 主体程序设计 11
四、系统调试 11
总结 12
致谢 13
参考文献 13
附录1电路原理图 14
附录2源程序 15
引 言
大气是自然环境中最活跃的组成部分。地球大气成分，是在生命活动参与下长期演化的结果，并靠生命活动保持着平衡。如今这种平衡遭到破坏，已经给人类乃至整个地球环境造成了灾难性的后果。近年来由于不合理的人类活动，地球大气中的原有成分已经面目全非，大气圈不仅变得什么混乱而且还增加了很多有毒有害物质，大气质量急剧恶化，打破了生态平衡，严重威胁人体健康及社会的生产生活，甚至对建筑物以及各种设备设施都造成损害，这一系列的现象就是所谓大气污染。
随着工业、建筑业、畜牧业的爆炸式扩张，及人类不合理的生活方式，使得近年来的生态破坏和环境污染更加严重，尤其的空气质量的恶化成为人们关注的焦点。现如今，诸如PM2.5、PM10和PM0.1这类物质与日俱增，并吸附有许多诸如Cd、Ni、Pb、Zn和Cu等重金属，这些悬浮在空气中的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
微颗粒物就是雾霾的主要成分。颗粒物的划分类别由直径大小来确定，直径在2.5um一下的微颗粒物属于可吸入肺部的颗粒物，简称为PM2.5（Particulatc Matter 2.5），这样的直径只相当于一根头发丝直径的二十分之一。人的鼻器官相当于是个“微型过滤器”，它其中的鼻毛、分泌物和黏膜是能够将大多数吸入的悬浮颗粒粉尘过滤和阻拦的，也只有直径小于10um的悬浮颗粒物才会顺着呼吸气流进入气管最后到达肺部。吸入少许颗粒物并非坏事，这样能起到刺激和锻炼人体免疫机能的作用。但是任何事物都物极必反，假如吸入体内的悬浮颗粒物过多或者颗粒物中含有有毒有害（如重金属）成分时，那就可能伤害人体自身的免疫功能，危害健康。从2012年起，《环境空气质量标准》新增了针对PM2.5的检测指标，对PM2.5的检测工作也就变得十分重要。在本课题中，笔者将主要运用所学电子信息专业知识对PM2.5的实时测量仪器进行设计，并将多从网络资源、教育教学资源及社会资源中吸取营养，以望能够设计出一种有益于环境保护的电子仪器，使我们每个人能够关心健康、关注自然、热爱自然。
一、系统总体方案设计
此次所设计PM2.5测试仪器的主要硬件是单片机AT89S52，总体上包括五部分，其中有：粉尘传感器采集模块、A/D转换模块、控制模块、显示模块、报警模块。整个设计大体是通过传感器来检测PM2.5粉尘信息，再经过A/D转换模块将信号转换并输入单片机进行计算，所得最终结果由显示模块显示在液晶屏上。据个人预想，这样的PM2.5检测仪将可以应用到如下领域：空气净化器和空气清新机（未来将更有发展前景），空调及其相关产品，空气质量等方面的监控设备，大气治理项目和环境保护相关设备。图1—1—1为系统原理图：
图1—1—1 PM2.5测试仪系统之基本原理图
上图中“PM2.5粉尘传感器”是对悬浮颗粒物进行感应，“A/D转换电路”则将传感器感应后输入的模拟电压信号转换成数字电压信号，“供电电路”对整个系统进行供电，“单片机最小系统”以AT89S52作为CPU，其中包含时钟电路和复位电路来控制其它的设备，“显示液晶”是对系统的最终检测值和警戒值进行直观显示，“按键电路”可以调整警戒值的参数，“报警电路”将会在实测值超过预定警戒值时实现系统报警。
二、硬件部分设计与主要芯片介绍
硬件部分设计主要是对系统硬件的电路原理图进行设计，下面将对各硬件应当如何链接作具体的阐述与说明。
单片机部分介绍
1.单片机最小系统介绍
为什么我们要采用单片机作为此次课题设计的核心驱动部件呢？因为单片机不但功能完善，更重要的是技术十分成熟，也是与电子产品相关的开发人员的入门级芯片，它是集合硬件设计与软件编程为一体的综合性科学技术，具有很高的实用价值和良好的发展前景。单片机的最小系统是能够让单片机正常工作的，它是集成于某一芯片上的计算机系统，就好像一台电脑拥有用于控制的核心部分。它也拥有一些输出设备，包括定时器，当作时间的控制中心，它甚至还有能够进行通讯的接口，将这所有一切都囊括于小小的一块芯片上，就是单片机。图2—1—1是单片机最小系统的结构框图。图2—1—2为单片机最小系统电路图。
图2—1—1 单片机最小系统结构框图
图2—1—2 单片机最小系统电路图
我们采用的这款AT89S52单片机的一般设定为5V工作电压，如上电路图所示，图中的VCC需要接5V电源，端口VSS接地。单片机中还有一个必须存在的就是复位电路，它相当于一台电器的开关或重置按钮。机器在运行过程中遇到死机或出现意外危害是常有情况，每当这种情况发生我们就需要对机器重新启动，此次设计的单片机最小系统复位电路是采用手动复位的开关。
与复位电路同样至关重要的就是我们的时钟电路，相当于机器中的心脏一样，我们需要用它完全掌控着单片机的运行节奏。如上图所示，接口XTAL1是反向放大器输入，接口XTAL2是反向放大器输出，放大的节奏要利用晶体振荡器来实现，此次设计将采用机器周期为12个振荡周期的石英晶振。
2.AT89S52单片机介绍
图2—4—1 报警部分电路
图2—4—2 按键部分电路
一般警戒值的设置会参考官方的空气质量标准，关于PM2.5的空气质量检测的最新标准如图2—4—3所示。
引 言 1
一、系统总体方案设计 2
二、硬件部分设计与主要芯片介绍 2
（一） 单片机部分介绍 2
1.单片机最小系统介绍 2
2.AT89S52单片机介绍 4
（二） 信息采集部分设计 5
1. GP2Y1010AU0F传感器 5
2. ADC0832模数转换 7
（三） 显示部分设计 8
（四） 报警部分的设计 8
（五） 供电部分设计 10
三、软件部分的设计 10
（一） 开发环境 11
（二） 主体程序设计 11
四、系统调试 11
总结 12
致谢 13
参考文献 13
附录1电路原理图 14
附录2源程序 15
引 言
大气是自然环境中最活跃的组成部分。地球大气成分，是在生命活动参与下长期演化的结果，并靠生命活动保持着平衡。如今这种平衡遭到破坏，已经给人类乃至整个地球环境造成了灾难性的后果。近年来由于不合理的人类活动，地球大气中的原有成分已经面目全非，大气圈不仅变得什么混乱而且还增加了很多有毒有害物质，大气质量急剧恶化，打破了生态平衡，严重威胁人体健康及社会的生产生活，甚至对建筑物以及各种设备设施都造成损害，这一系列的现象就是所谓大气污染。
随着工业、建筑业、畜牧业的爆炸式扩张，及人类不合理的生活方式，使得近年来的生态破坏和环境污染更加严重，尤其的空气质量的恶化成为人们关注的焦点。现如今，诸如PM2.5、PM10和PM0.1这类物质与日俱增，并吸附有许多诸如Cd、Ni、Pb、Zn和Cu等重金属，这些悬浮在空气中的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
微颗粒物就是雾霾的主要成分。颗粒物的划分类别由直径大小来确定，直径在2.5um一下的微颗粒物属于可吸入肺部的颗粒物，简称为PM2.5（Particulatc Matter 2.5），这样的直径只相当于一根头发丝直径的二十分之一。人的鼻器官相当于是个“微型过滤器”，它其中的鼻毛、分泌物和黏膜是能够将大多数吸入的悬浮颗粒粉尘过滤和阻拦的，也只有直径小于10um的悬浮颗粒物才会顺着呼吸气流进入气管最后到达肺部。吸入少许颗粒物并非坏事，这样能起到刺激和锻炼人体免疫机能的作用。但是任何事物都物极必反，假如吸入体内的悬浮颗粒物过多或者颗粒物中含有有毒有害（如重金属）成分时，那就可能伤害人体自身的免疫功能，危害健康。从2012年起，《环境空气质量标准》新增了针对PM2.5的检测指标，对PM2.5的检测工作也就变得十分重要。在本课题中，笔者将主要运用所学电子信息专业知识对PM2.5的实时测量仪器进行设计，并将多从网络资源、教育教学资源及社会资源中吸取营养，以望能够设计出一种有益于环境保护的电子仪器，使我们每个人能够关心健康、关注自然、热爱自然。
一、系统总体方案设计
此次所设计PM2.5测试仪器的主要硬件是单片机AT89S52，总体上包括五部分，其中有：粉尘传感器采集模块、A/D转换模块、控制模块、显示模块、报警模块。整个设计大体是通过传感器来检测PM2.5粉尘信息，再经过A/D转换模块将信号转换并输入单片机进行计算，所得最终结果由显示模块显示在液晶屏上。据个人预想，这样的PM2.5检测仪将可以应用到如下领域：空气净化器和空气清新机（未来将更有发展前景），空调及其相关产品，空气质量等方面的监控设备，大气治理项目和环境保护相关设备。图1—1—1为系统原理图：
图1—1—1 PM2.5测试仪系统之基本原理图
上图中“PM2.5粉尘传感器”是对悬浮颗粒物进行感应，“A/D转换电路”则将传感器感应后输入的模拟电压信号转换成数字电压信号，“供电电路”对整个系统进行供电，“单片机最小系统”以AT89S52作为CPU，其中包含时钟电路和复位电路来控制其它的设备，“显示液晶”是对系统的最终检测值和警戒值进行直观显示，“按键电路”可以调整警戒值的参数，“报警电路”将会在实测值超过预定警戒值时实现系统报警。
二、硬件部分设计与主要芯片介绍
硬件部分设计主要是对系统硬件的电路原理图进行设计，下面将对各硬件应当如何链接作具体的阐述与说明。
单片机部分介绍
1.单片机最小系统介绍
为什么我们要采用单片机作为此次课题设计的核心驱动部件呢？因为单片机不但功能完善，更重要的是技术十分成熟，也是与电子产品相关的开发人员的入门级芯片，它是集合硬件设计与软件编程为一体的综合性科学技术，具有很高的实用价值和良好的发展前景。单片机的最小系统是能够让单片机正常工作的，它是集成于某一芯片上的计算机系统，就好像一台电脑拥有用于控制的核心部分。它也拥有一些输出设备，包括定时器，当作时间的控制中心，它甚至还有能够进行通讯的接口，将这所有一切都囊括于小小的一块芯片上，就是单片机。图2—1—1是单片机最小系统的结构框图。图2—1—2为单片机最小系统电路图。
图2—1—1 单片机最小系统结构框图
图2—1—2 单片机最小系统电路图
我们采用的这款AT89S52单片机的一般设定为5V工作电压，如上电路图所示，图中的VCC需要接5V电源，端口VSS接地。单片机中还有一个必须存在的就是复位电路，它相当于一台电器的开关或重置按钮。机器在运行过程中遇到死机或出现意外危害是常有情况，每当这种情况发生我们就需要对机器重新启动，此次设计的单片机最小系统复位电路是采用手动复位的开关。
与复位电路同样至关重要的就是我们的时钟电路，相当于机器中的心脏一样，我们需要用它完全掌控着单片机的运行节奏。如上图所示，接口XTAL1是反向放大器输入，接口XTAL2是反向放大器输出，放大的节奏要利用晶体振荡器来实现，此次设计将采用机器周期为12个振荡周期的石英晶振。
2.AT89S52单片机介绍
图2—4—1 报警部分电路
图2—4—2 按键部分电路
一般警戒值的设置会参考官方的空气质量标准，关于PM2.5的空气质量检测的最新标准如图2—4—3所示。
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