基于单片机的pm2.5浓度检测系统设计(附件)【字数：6195】
随着工业化的发展，大气污染日益影响到人们的身体健康，本论文提出了一种PM2.5浓度检测系统的设计方案，选用STC89C51单片机作为主控微处理器，结合高性能的外围电路模块，使得这款系统可以在工作中实现对空气中PM2.5等污染物的浓度的实时监测，并将PM2.5的数值显示在高清显示器上，如果检测到数据超出临界值时则发出报警。可以让人们更为直观的了解当前空气的污染情况，以便做好相应防护工作。
目录
引言 1
（一）PM2.5检测系统的研究意义 1
（二）PM2.5检测系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、PM2.5检测系统的方案设计 2
二、系统硬件设计 3
（一）PM2.5检测系统主控电路设计 3
（二）液晶显示电路设计 4
（三）PM2.5浓度检测电路设计 5
（四）浓度报警电路设计 7
（五）电源电路设计 7
三、系统软件设计 8
（一）PM2.5检测系统的主程序设计 8
（二）液晶显示子程序设计 8
（三）PM2.5检测子程序设计 9
（四）报警子程序设计 10
四、仿真与调试 11
（一）启动仿真 12
（二）模拟PM2.5浓度变化 12
（三）PM2.5浓度超标报警 13
总结 14
参考文献 15
致谢 16
附录一 PCB图 18
附录二 元件列表 19
附录三 源程序 20
引言
（一）PM2.5检测系统的研究意义
PM2.5又称为细颗粒物指数，是用来表示周围环境空气中直径小于2.5微米的细颗粒物含量的一个数值，这种颗粒物对大气质量的危害相当大， PM2.5指数已经成为反映空气污染程度的一项重要指标。它的主要来源是人类的工业生产和日常生活，例如发电、冬季采暖、冶金等工厂燃烧石油与煤炭后产生的烟尘，以及各种汽车运行过程中向大气中排放的大量废气。随着工业化的发展，由此带来的污染问题也日益严重。下面这幅图是美国国家航天航空 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
局NASA制作的一张全球细颗粒物密度分布图，在图中可以看出中国的华北、华东、华中等地区的细颗粒物密度远超安全值，空气污染相当严重。PM2.5颗粒富含大量的有毒有害物质，并且因为颗粒直径小，被吸进人类呼吸道后容易进入肺部很深的地方，因此对人体健康的危害极大。
图01 全球细颗粒物密度分布图
通过PM2.5检测系统可以及时的了解当前空气污染的严重程度，人们就可以针对性的做好防护工作，降低对人体健康的危害。同时，对PM2.5污染程度的检测，也能为治理大气污染提供准确的精确数据。
（二）PM2.5检测系统的国内外发展现状
本文在进行设计之前，对市面上一些主流的PM2.5检测仪器产品进行了调研，了解到PM2.5检测仪器主要还是集中在高端领域，有国外的产品，也有很多国内设计的产品，在这方面说明现在国内外都拥有了较为成熟的检测技术，都具备有能力研制出符合高端定位的PM2.5检测控制系统了。通过调研可以知道，对于大部分的普通用户群体更青睐于使用购买中低端产品，比起高端产品更具有竞争力。相对于高端产品来说，中低端产品往往采用高性价比的元器件，性能远远达不到高端产品的指标，但是已经能够很好的满足大多数用户的使用需求了，高端产品高端的性能并不适合所有人群的需求，这就带来很大的浪费，而且高昂的价格也必将降低了产品的普及度。
（三）本文主要研究内容
经过调研，本次课题选择设计一款高性价比的PM2.5检测系统，以适应普通人的日常检测空气质量的需要。本文在对PM2.5检测控制系统进行研发的整个过程中，根据功能模块进行分割设计，将PM2.5检测系统整体硬件框架分成了若干个功能模块，选用STC89C51核心芯片与大量高性价比的器件实现硬件组成。并完成软件程序设计，这款系统在能够实现对空气中PM2.5的浓度进行实时监测，并将污染物颗粒浓度显示在高清显示器上，当检测到数据异常时立即发出报警声。
一、PM2.5检测系统的方案设计
本次论文采用系统模块化设计的方法，合理的将PM2.5检测系统方案整体按照功能进行划分，生成多个模块，形成了下图所示的整体方案架构，并确定了每一项的功能要求，接下来将根据各个模块内容进行系统设计。
图11 PM2.5检测系统内部框图设计
PM2.5浓度检测模块：采用了GP2Y1010AU0F传感器来构建信息采集电路，这款传感器能够将检测到的污染物浓度数值自动转换为模拟电压信号。
系统进一步采用ADC0832模数转换器，将传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号，完成信息采集功能。
显示功能模块：本文采用的是LCD1602液晶屏来构建显示电路。
对于实现对数据的保存功能，本文采用的是EEPROM存储模块来构建存储电路。
在PM2.5浓度超标时的报警功能，本文则采用的是有源蜂鸣器来构建系统报警电路。
二、系统硬件设计
（一）PM2.5检测系统主控电路设计
1．STC89C51单片机
为了实现预期功能的需求，本次设计选用的主控芯片是STC89C51单片机，该型单片机是美国STC公司生产的，基于MCS51型内核，具备8位数据处理能力，最高时钟频率为80MH，片内自带存储器、UART、SPI、A/D、PWM等模块。本文将通过keil软件构建系统开发平台，设计程序，并将其烧录到STC89C51单片机芯片中使其工作，从而实现各项预期功能指标。
目录
引言 1
（一）PM2.5检测系统的研究意义 1
（二）PM2.5检测系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
一、PM2.5检测系统的方案设计 2
二、系统硬件设计 3
（一）PM2.5检测系统主控电路设计 3
（二）液晶显示电路设计 4
（三）PM2.5浓度检测电路设计 5
（四）浓度报警电路设计 7
（五）电源电路设计 7
三、系统软件设计 8
（一）PM2.5检测系统的主程序设计 8
（二）液晶显示子程序设计 8
（三）PM2.5检测子程序设计 9
（四）报警子程序设计 10
四、仿真与调试 11
（一）启动仿真 12
（二）模拟PM2.5浓度变化 12
（三）PM2.5浓度超标报警 13
总结 14
参考文献 15
致谢 16
附录一 PCB图 18
附录二 元件列表 19
附录三 源程序 20
引言
（一）PM2.5检测系统的研究意义
PM2.5又称为细颗粒物指数，是用来表示周围环境空气中直径小于2.5微米的细颗粒物含量的一个数值，这种颗粒物对大气质量的危害相当大， PM2.5指数已经成为反映空气污染程度的一项重要指标。它的主要来源是人类的工业生产和日常生活，例如发电、冬季采暖、冶金等工厂燃烧石油与煤炭后产生的烟尘，以及各种汽车运行过程中向大气中排放的大量废气。随着工业化的发展，由此带来的污染问题也日益严重。下面这幅图是美国国家航天航空 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
局NASA制作的一张全球细颗粒物密度分布图，在图中可以看出中国的华北、华东、华中等地区的细颗粒物密度远超安全值，空气污染相当严重。PM2.5颗粒富含大量的有毒有害物质，并且因为颗粒直径小，被吸进人类呼吸道后容易进入肺部很深的地方，因此对人体健康的危害极大。
图01 全球细颗粒物密度分布图
通过PM2.5检测系统可以及时的了解当前空气污染的严重程度，人们就可以针对性的做好防护工作，降低对人体健康的危害。同时，对PM2.5污染程度的检测，也能为治理大气污染提供准确的精确数据。
（二）PM2.5检测系统的国内外发展现状
本文在进行设计之前，对市面上一些主流的PM2.5检测仪器产品进行了调研，了解到PM2.5检测仪器主要还是集中在高端领域，有国外的产品，也有很多国内设计的产品，在这方面说明现在国内外都拥有了较为成熟的检测技术，都具备有能力研制出符合高端定位的PM2.5检测控制系统了。通过调研可以知道，对于大部分的普通用户群体更青睐于使用购买中低端产品，比起高端产品更具有竞争力。相对于高端产品来说，中低端产品往往采用高性价比的元器件，性能远远达不到高端产品的指标，但是已经能够很好的满足大多数用户的使用需求了，高端产品高端的性能并不适合所有人群的需求，这就带来很大的浪费，而且高昂的价格也必将降低了产品的普及度。
（三）本文主要研究内容
经过调研，本次课题选择设计一款高性价比的PM2.5检测系统，以适应普通人的日常检测空气质量的需要。本文在对PM2.5检测控制系统进行研发的整个过程中，根据功能模块进行分割设计，将PM2.5检测系统整体硬件框架分成了若干个功能模块，选用STC89C51核心芯片与大量高性价比的器件实现硬件组成。并完成软件程序设计，这款系统在能够实现对空气中PM2.5的浓度进行实时监测，并将污染物颗粒浓度显示在高清显示器上，当检测到数据异常时立即发出报警声。
一、PM2.5检测系统的方案设计
本次论文采用系统模块化设计的方法，合理的将PM2.5检测系统方案整体按照功能进行划分，生成多个模块，形成了下图所示的整体方案架构，并确定了每一项的功能要求，接下来将根据各个模块内容进行系统设计。
图11 PM2.5检测系统内部框图设计
PM2.5浓度检测模块：采用了GP2Y1010AU0F传感器来构建信息采集电路，这款传感器能够将检测到的污染物浓度数值自动转换为模拟电压信号。
系统进一步采用ADC0832模数转换器，将传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号，完成信息采集功能。
显示功能模块：本文采用的是LCD1602液晶屏来构建显示电路。
对于实现对数据的保存功能，本文采用的是EEPROM存储模块来构建存储电路。
在PM2.5浓度超标时的报警功能，本文则采用的是有源蜂鸣器来构建系统报警电路。
二、系统硬件设计
（一）PM2.5检测系统主控电路设计
1．STC89C51单片机
为了实现预期功能的需求，本次设计选用的主控芯片是STC89C51单片机，该型单片机是美国STC公司生产的，基于MCS51型内核，具备8位数据处理能力，最高时钟频率为80MH，片内自带存储器、UART、SPI、A/D、PWM等模块。本文将通过keil软件构建系统开发平台，设计程序，并将其烧录到STC89C51单片机芯片中使其工作，从而实现各项预期功能指标。
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