PM25空气质量检测仪的设计与制作

1、毕业设计（论文）任务书（2015 届）题目：PM2 5空气检测仪的设计与制作专业名称：应用电子技术姓 名：学 号：班 级：应用电子技术指导教师：2014年09月22日一 绪论 . 11 、1 前言 11 、2 选题背景 11 、3 国内外发展状态 21 、3、1 粉尘测量方法 11 、3、2 粉尘检测仪的性能与优点 11 、3、3 研究的意义 21 、4 本文主要工作 2二 PM2、5 粉尘浓度测试仪设计系统 42 、1系统的功能与技术指标 42 、 2 工作原理 . 42 、 3 程序框图与流程图 . 6三 PM2、5 粉尘测试仪系统硬件设计 83 、1 单片机部分硬件设计 83 、2 信号

2、采集电路 103 、3 LED1602液晶屏显示电路 113 、 4 声光提醒报警电路 . 1 23、 5 智能换风机电路 143 、 6 按键电路 14四 PM2、5 粉尘测试仪系统软件设计 154 、 1 系统程序流程图 . 154 、 2浓度参考值的键盘设定程序设计 . 1 64 、 3信号采集部分的程序设计 . 174 、 4蜂鸣器报警部分程序设计 . 184 、5 LED1602液晶显示部分的程序设计 19五 PM2、5 粉尘检测仪的测试结果 19六 结论 . 21七 参考文献 . 22八 附录一 : 系统程序 23九 致谢 . 29、八 、-前言随着社会的进步 , 工业化水平的提高

3、 ,人们的生活与工作有了很多便利。然而人们在享有方 便生活与工作的同时 ,不得不面对由于对自然的不合理开发 , 对自然环境造成的野蛮污染 , 使生 存环境越来越差的现实。所以人类必须采取相应措施 ,合理利用开发自然资源 , 与大自然与睦相 处。进入 21 世纪以来 ,环境问题越来越严重 , 而这与人们对生活质量要求的提高形成了矛盾 , 因 此注重环境的保护问题已经慢慢步入了产业化。 人类要治理好环境问题 , 必须要做到“知己知彼” 在做好监控与检测的同时知道病灶所在然后对症下药 , 从而药到病除。粉尘就是空气质量的重要指标 , 所以粉尘的检测就很重要 ,因此粉尘检测仪成为环保监测部 门及很多工

4、矿企业的必备品。因此市面上出现了各种各形形色色的测试仪。粉尘检测仪主要用于检测环境中的粉尘浓度 , 适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度 的测定、环境环保监测部门大气飘尘检测与污染源调查等。本文所设计的粉尘检测仪围绕单片机为控制核心 , 完成数据的采集、显示、参数设置、自动 报警及智能换风等系统各模块的程序设计 , 结合各模块的硬件电路实现每个模块的功能 ,从而实 现整个系统的功能。1、2 选题背景粉尘又称可吸入颗粒物 (inhalable particular matter), 它就是指能进入呼吸道的 , 直径为10卩m的颗粒物，对人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都十分有害。同时这种可吸入粉尘能长

5、驱进入肺 泡且沉积时间长 , 可导致心肺病、心血管疾病。粉尘作为病菌的载体 , 一同散入空气中 , 极易传播 疾病。生产中许多及其工作环境对粉尘浓度也有要求 , 工厂中的很多粉尘携带有有毒化学物质 , 人们长久呼吸或长久散落皮肤上容易导致癌症的产生。由此可以瞧出粉尘对人类健康与生产的 巨大危害性 , 煤矿井下巷道作业、 煤炭生产都要产生大量的粉尘 , 加之煤矿井下通风条件较差 , 在 炮采、纵采工作面，煤尘浓度可高达1000mg/m以上。在此环境中工作的工人就会吸入这些细微 粉尘, 粉尘长时间进入人的呼吸系统 , 就会造成大量粉尘在肺泡中沉 , 引起慢性职业病 , 危及人的 身体健康。此外粉尘

6、还就是煤矿安全生产的重大隐患 , 我国煤矿安全规程规定 :“粉尘中游 离的siO2含量10%时，粉尘浓度不得大于2mg/m；当粉尘中游离sio 2含量10%时，粉尘浓度不 得大于10mg/m。因此，必须对煤矿井下粉尘进行实时检测，及时了解煤矿井下工人的劳动环境 , 掌握井下煤尘浓度及变化情况 , 为安全生产、防尘、降尘等措施提 供必要现场数据。因此, 粉尘浓度测试仪意义很重大就是生活中不可或缺的必备品。1、 3 国内外发展状态在国内大多采用更加先进的测试技术，有的就是B射线原理，其吸收量只与吸收物质的重量 有关, 而与吸收物质的物化性质无关完全等同于称重法 , 可直接读粉尘浓度。并且配不同的采

7、样 入口装置 , 可实现对总粉尘、可吸入粉尘、呼吸性粉尘进行监测。使用称重法比较 , 其相关系数 大于 97%,相对偏差小于 10%。仪器采用的射线源符合核安全标准 , 可长期稳定工作。而有更加先进的技术该测定仪就是集粉尘采样、粉尘浓度测定与粉尘粒度分布测定三者于 一体的多功能粉尘测定仪。 它作为粉尘采样器可采集作业场所空气中的粉尘 , 将采集到的滤膜样 作一些处理 , 在此仪器上可直接测出粉尘浓度值 , 粒度分布需用天平称重 , 可测定采样器采集的 滤膜粉尘与其它形式粉尘的粒度分布 (分散度 )。粒度分布与浓度测定结果可通过液晶显示器显 示或微型打印机打印。 该仪器具有断电保护功能 , 断电

8、后仍可储存 40 组粉尘粒度分布与 200 组 粉尘浓度数据。袖珍式激光粉尘仪就是以激光管为光源、 采用前向光散射原理设计 , 具有国际先进水平的最 新型粉尘仪。该仪器适用于公共场所可吸入颗粒物 (PM10)浓度的快速测定以及环境保护、劳动 卫生等方面粉尘浓度检测、工矿企业生产现场粉尘浓度的监测。1、 3、1 粉尘测量方法按照粉尘测量方法的不同 , 粉尘测量方法主要有光学法、采样称重法与静电法三种。(1) 采样称重法不适合于在线测量。(2) 静电法易受干扰 , 国内技术并不成熟。(3) 光学法又进一步分为浊度法与散射法 , 而浊度法就是目前国外普遍采用的用来测量烟 尘( 粉尘) 浓度的方法 ,

9、 这种国外仪器在国内许多单位也都得到了成功应用。光学法测量的缺 点就是需要保持光学镜头的相对清洁。 对于烟道中烟尘的测量 , 实践证明 , 通过微正压的清洁保 护风, 就可实现对光学镜头的可靠保护。1、 3、2 粉尘检测仪的性能与优点由现代国内外所使用的各种粉尘检测仪的功能可以大体总结出粉尘检测仪具有以下性能与优点。(1) 智能采样与去噪数字滤波算法相结合 , 测量与信号处理灵活性强 , 因而在一套装置可以 进行不同变量与浓度的测量 , 可排除个别的不正常值 , 同步计算平均值。(2) 采用嵌入式单片机内核技术 , 将计算机嵌入到烟尘粉尘测量对象中 , 实现智能化控制 , 依据烟尘粉尘测量环境

10、要求 , 充分考虑了物理环境 ( 小型) 、电气/ 气氛、环境(可靠) 、成本( 价 廉)的要求; 充分考虑了最小软、硬件配置与相应的接口电路。采用内核技术, 提供了一个裸设备与应用程序间的抽象层 ,可以在更高的层次上读写磁盘 ; 允许多个程序瞧起来在同时运行 , 将 处理器在其间共享。(3) 可选用GPRS网络技术,以智能烟尘粉尘测量仪软件为平台,通过中文短信的方式,用自 动群呼与列队接收办法 , 形成了崭新的环保监测网络。(4) 可远程进行参数设置及数据传输 , 通过中心控制软件 , 方便地输入用户参数、校准仪 器, 并可输出存储的测量数据。1、 3、3 研究的意义该粉尘检测仪就是以STC

11、12C5A60S为核心外接输入键盘设定参考值,经过GP2Y1010AUO粉 尘传感器采集转换数据经过 STC12C5A60S处理然后通过数码管显示出粉尘浓度的简易检测仪 , 主要用于检测环境中的粉尘浓度 , 适用于工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定、 卫生防疫 站公共场所可吸入颗粒物的监测 , 环境环保监测部门大气飘尘检测与污染源调查等。1、 4 本文主要工作本文主要就是根据光学测尘原理 -朗伯特-比尔定律测量光透过被测物质后 ,由于散射吸收 而使光强减弱 , 通过测定光束通过被测介质前后的光强比之来定量粉尘浓度。 将粉尘浓度转换为 电信号,然后通过信号放大器将电信号转换为 05V的电压信

12、号。该设计主要就是将光学测尘原理所得的 05V的电压模拟信号通过 ADC0809转换成八位二 进制数字信号,并将数字信号送到单片机 STC12C5A60S中经过处理后将数字信号动态显示在数 LED1602液晶显示上，通过键盘来设定粉尘浓度限定值，如果超过限定值单片机驱动蜂鸣器报警 以及启动换风机 , 同时可以通过独立按键控制当前粉尘浓度与设定限定值时的显示切换。 瞧门狗 可以根据程序要求实施复位；同时还要将12V开关电源转换成5V给各器件供电。我主要根据系 统要求完成数据的采集、显示、参数设置及报警等系统各模块的程序设计 , 然后再结合各部分的 硬件电路完成各模块的功能 , 从而完成整个系统的

13、功能。、 PM2、5 粉尘浓度测试仪系统设计方案2 、 1 系统的功能与技术指标(1) 系统功能 :单片机PM2 5粉尘检测仪采用51单片机+按键+LCD1602蜂鸣器+换风机+粉尘传感器 设计而成。1、 主控芯片采用增强型51单片机STC12C5A60S2与51单片机一样),自带AD转换,使用更 加方便。2、使用夏普的GP2Y1010AUO粉尘传感器，每间隔10S更换一次采集浓度值检测更加准确。3、有 2 个按键可以调整报警值 , 可操作性增强。4、外接AT24C02有掉电保存数据功能。5、当粉尘浓度小于设定值 , 绿色指示灯会亮 , 表示当前空气质量良好。6、当粉尘浓度高于设定值 , 会自

14、动开启声光报警 , 换风机人性化工作。7、LCD1602实时显示粉尘浓度与设定报警浓度,清晰直观。(2) 主要技术指标：1 、电源电压 :5-7V2、工作温度 ：-10-65 摄氏度3、消耗电流:20mA最大4、最小粒子检出值 ：0 、 8 微米5、灵敏度 :0、 5V/(0 、 1mg/m3)6、清洁空气中电压 :0 、 9V 典型值7、工作温度:-1065 C8、存储温度:-2080 C2、2 工作原理2 、 2、 1 粉尘检测原理测尘原理就是用粉尘采样器或呼吸性粉尘采样器抽取采集一定体积的含尘空气 , 含尘空气 通过滤膜时 , 粉尘被捕集在滤膜上 , 再利用光学原理测得粒径。光学测粉尘用

15、到两个原理,朗伯特-比尔(Lambert-Beer)定律与米(Mie)理论。本设计检测原理用基于光学检测法中的浊度法。基于朗伯特-比尔定律测量光透过被测物质后，由于散射吸收 而使光强减弱，通过测定光束通过被测介质前后的光强比之来定量粉尘浓度。其原理如下：一束强度为10的单色平行光照射在含有粉尘的检测区，由于粉尘对光的吸收与散射，出射光 强便会衰减。根据朗伯特-比尔定律,对均匀分布的粉尘，入射光强与出射光强有关：1 IO exp Q N A L I o exp 3QWL /(2 d )式中:Q为消光系数,它与入射光波长入、粉尘粒子直径d、粉尘物质折射率m有关,可按Mie 理论与专用算法程序计算。

16、N为粉尘密度,A就是直径为d的粉尘粒子的截面积，W为粉尘的质量 浓度；p为粉尘的质量密度。若设某种分布的粉尘尘粒直径为 di浓度为w,则：1 OexpMCii才Q ,md式中：C 3L/(2 ),对于某种粉尘的测量系统而言,C就是一常数;M为测量时粉尘粒子按粒径的分档数。由公式1-2得:,m,d1)式(1-3)就是在单色入射光情况下得到的。个式(1-3),故得方程：米用多波长入射时，对每一波长入i,都有对应的一E TW式中：E In I0/I 1,ln I0/I 2ln I。/1 m T为消光列向量，可以通过实测各波长对应的I 0及I测得:M Mtj其中:T称为消光系数矩阵。T中个元素tjQ

17、i ,m,d1 /d1,可由计算机预先算出W W,W2Wm T为粉尘总的质量浓度分布列向量。求解式1-4便可求得W及粉尘的总质量浓度。不难瞧出，多波长消光测尘中，就是通过测得各种粒径粉尘的质量浓度得到总的粉尘浓度 的,因而能实时地反应粉尘分布的影响，为粉尘浓度的高精度测量提供了可能。再者,测量粉尘浓 度的同时,还能测粉尘的粒度分布(分散度)。根据粉尘离子的散射特性，确定最小粒径前置输出端的信号幅值 U,然后每个0、1卩m定义直径档,并预先设定好各档甄别电平，用其中一种标准粒子输入粉尘测试仪。2、2、2系统工作原理本系统的工作原理就是：将电源开关打开，当给一个由测尘原理将粉尘浓度转换得来的05V

18、的电压信号时，信号经过ADC0809专换为八位的二进制数进入单片机,经过处理后转变为三位 十进制数通过I/O 口在LED1602液晶显示上显示出精确数值。 数值量随输入电压的扰动而变化。 同时键盘设定参考值送入单片机，当采集的当前粉尘浓度小于参考值时黄灯亮，表示当前空气良 好；当采集的当前粉尘浓度大于参考值时，单片机驱蜂鸣器报警并同时启动换风机进行改善空气 环境,否则显示当前浓度。2、3程序框图与流程图因为软件与硬件就是密不可分的，所以由系统的硬件结构图可以得出软件设计的程序 框图与流程图。2、3、1程序框图设计根据系统结构图所得出的各模块如图 2-1所示。如图2-1所示系统所设计的程序分为以

19、下五个部分。(1) 信号采集的程序：该程序设计主要就是将模数转换得来的数字信号输入到单片机内部(2) LED的显示程序：本程序设计主要完成粉尘浓度的数字显示及当前环境情况提醒。(3) 瞧门狗的复位程序：该程序设计主要完成程序飞跑或死机时系统的复位。(4) 键盘输入部分：该部分主要完成浓度参考值的设定与显示切换。(5) 换风机、声光报警部分：该部分主要完成浓度大于参考值的报警及相应措施。2、3、2粉尘检测仪程序主流程图设计根据硬件系统结构图所设计的程序主流程图如下图2-2所示图2-2程序主流程图三PM2、5粉尘测试仪系统硬件设计3、1单片机部分3、1、1系统CPU器件选择CPU就是粉尘检测器的核

20、心，完成数据采集、处理、输出、显示等功能，就是整个仪器正常工 作的基础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051单片机-STC12C5A60S2旨令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX81C专用复 位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，适用于强干扰场合。STC12C5A60S单片机系统电路如图3-1所示：STC12C5A60S2单片机系统AIM 13SIC12C5A6«2P.15Flll/ADCl> PI l/ALX：l P-I1/ALX2 PI3/AIX A PI 丛UJCl

21、 PI5/A(JC5 FIMIDCG M7/ADC?JG/kXD P3ITXD P3MNT(» P阳/INTI PS4/T0 P3Am P5(WR J*37/KDSTC 12C5A60S2VCL£*0)POIPI.Cm P04 H15 P06 P07EAALLPStNP27P26P25?24P>3P2Ivcc40 T39 POO33 P»137丸卩山吏PU434 Pt)5jTTcki32 IS)1vcc2TP2524图3-1 STC12C5A60S2I片机系统电路单片机最小系统复位、晶振电路简介复位电路的设计复位电路就是使单片机的CPU或系统中的其她部件处于

22、某一确定的初始状态，并从这上状态开始 工作。 单片机常见的复位电路通常单片机复位电路有两种：上电复位电路，按键复位电路。上电复位电路：上电复位就是单片机 上电时复位操作，保证单片机上电后立即进入规定的复位状态。它利用的就是电容充电的原理来实现的。按键复位电路：它不仅具有上电复位电路的功能，同时它的操作比上电复位电路的操作 要简单的多。如果要实现复位的话,只要按下RESET键即可。它主要就是利用电阻的分压来实现 的在此设计中，采用的上电自动复位电路。按键复位电路如图 3-2所示。图3-2按键复位电路复位电路工作原理上电复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作。上电瞬间 RESET引脚获得高电平

23、,随着电 容的充电,RERST引I脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机 器周期),单片机就可以进行复位操作。上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复 位,而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作(2)晶振电路的设计晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的就是指令执行中各信号之间 的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。通常在引脚XTALI与XTAL2跨接石英晶体与两个补偿电容构成自激振荡器 ,如图4、4Y1、C1、 C2可以根据情况选择6MHz 1

24、2MHz或 24MHz等频率的石英晶体,补偿电容通常选择30pF左右 的瓷片电容。晶振电路如图3-3所示。晶振电路如图3-3所示3、2信号采集电路巩 固体悬浮颗粒传感器VCCGND图3-5 GP2Y1010AUO粉尘传感器 的结构P2Y1010AUO粉尘传感器就是用光学方法测量悬浮于气相介质或者液相介质中的微小微粒 特性的传感器装置,具有光测技术非接触式测量、不扰动被测对象等特点。GP2Y1010AUO粉尘传 感器可以感知烟草产生的烟气与花粉，房屋粉尘等1微米以上的微小粒子、体积小,重量轻,便于 安装、5V的输入电路,便于信号处理、内藏气流发生器，可以自行吸引外部大气、灰尘传感器保 养简单,可

25、以长期保持传感器的特性、3、3 LED1602液晶显示设计电路R2 上二 一 T液晶接口1*2LO£21 7- J 4 5 A _7 D DBDBDBDB4监DBLELF1仞 147TiijHi75T7P06HLCD1602A就是一种工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。(16列2行)。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以瞧到 ，显示的主要就是数字、专用符号与 图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示 器。发光管与LED数码管

26、比较常用,软硬件都比较简单。在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩与亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。液晶显示器都就是数字式的，与单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极与驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。液晶显示的原理就是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示,这

27、样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实 现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。3、4声光报警提示电路及LED灯电路VCCBlMil声光报警3、4、1换风机电路如图3-8所示图3-8换风机电路3、4、2LED灯显示电路如图3-9所示。当电路通电时，DI灯会亮,发出绿光，代表粉尘传感器正在工作。当测量值少于报警值就是D2灯会亮,发出黄光，代表当前空气质量良好。图3-9 LED灯电路LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源丄ED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒

28、、可回收再利用等优点，被称为就是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。本设计利用不同颜色的LED指示不同的测量信号。3、4、2蜂鸣器驱动电路：一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。蜂鸣器为发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发 声,其主要参数就是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式 （直流/方 波）等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器。三极管 Q1起开关作用，其基极的 低电平使三极管饱与导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。3、5换风系统电路主要原理就是：用风机将空气抽入机器

29、，通过内置的滤网过滤空气，主要能够起到过滤粉尘、 异味、有毒气体与杀灭部分细菌的作用。3、6按键电路本设计采用按键接低的方式来读取按键，单片机初始时，因为为高电平，当按键按下的时候， 会给单片机一个低电平，单片机对信号进行处理单片机键盘有独立键盘与矩阵式键盘两种：独立键盘每一个I/O 口上只接一个按键，按键的 另一端接电源或接地，这种接法程序比较简单且系统更加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复 杂，但就是占用的I/O少。根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。3、6、1按键硬件电路如下图3-10所示：图3-10按键硬件电路四PM2、5粉尘测试仪系统软件设计4、1系统程序流程如4-1图所示图4

30、-1系统程序流程4、2 浓度参考值的键盘设定程序设计因为不同环境中粉尘浓度不同 ,粉尘流动量也不一样 , 人在不同环境中工作所承受的最大粉 尘量也不一样 ,所以在更换环境时要设置不同的粉尘浓度参考值( 该环境中能接受粉尘浓度最大值), 当浓度超过所设定值时 , 粉尘检测仪报警 , 我们根据报警就可以采取相应措施或使人员撤离 工作现场或动力降低粉尘浓度。 本模块利用独立按键方式通过三个独立按键累加输入参考值 , 通过单片机比较采集的数据与参考值来控制蜂鸣器就是否报警。同时可以通过独立按键来进行 参考值与当前浓度值的显示切换。4、2、 1 键盘扫描的设计在单片机应用系统中，扫描键盘只就是CPU的工

31、作任务之一。在实际应用中要想做到既能及 时响应键操作，又不过多的占用CPU的工作时间,就要根据应用系统中的CPU的忙闲情况,选择好 键盘的工作方式，本次设计主要就是设计的小型系统 CPU 工作比较空闲，所以用编程扫描方式。(1) 键盘扫描程序的功能(a) 判别键盘上有无键按下。其方法为扫描键盘接入口 , 若全为“ 1”, 则键盘无键按下 , 若不全为“ 1”, 则有键按下。(b) 去除键的抖动影响。其方法为判断到有键按下后 , 软件延时一段时间 ( 一般为 10ms 左右)后, 再判断键盘状态 , 如果仍为按下状态 , 则认为有一个确定的键按下 , 否则按键抖动处理。 当键盘释放时 , 判断到

32、有键释放也软件延时一段时间 , 如果仍为键释放状态 , 则认为键确实释放 了。(c) 求按键位置 , 对各键进行逐个扫描 , 最后却定按下的键号。(2) 键盘扫描程序流程图如 4-2 图所示返回图4-2键盘扫描程序流程4、3信号采集部分的程序设计因为粉尘浓度就是连续变化的模拟信号 ，通过粉尘采集器可以将环境中的粉尘浓度转换为 模拟电信号，然后通过信号放大器将转换来的电信号放大成 05V的电压信号。4、3、1数据采集流程图设计粉尘数据采集模块流程图如图4-3所示图4-3粉尘数据采集模块流程4、4蜂鸣器报警部分程序设计该部分就是当采集到的环境中的粉尘浓度大于参考值时，单片机就会驱动蜂鸣器报警，然后

33、采取相应措施降低粉尘浓度或者使人员撤离工作现场。该蜂鸣器就是通过P3A3口与单片机相连。图4-4报警电路流程设计4、5 LED1602液晶显示部分的程序设计对于人机交互式单片机系统来说，不仅需要响应用户输入，同时也需要将一些测控信息 输出显示。这些显示信息可以提供实时的数据或图形结果，以便于掌握系统的状态并进行分析处 理。目前,在单片机中最常用的就是LED1602液晶显示屏。其成本低廉、使用简便,可以显示数字 或几个特定的字符。4、5、1显示流程图设计LED1602液晶显示流程图如下图4-5所示。（开始）i串口初始优中斷初始化读取数据二控制641SU1门显.云控制【用乃熄灭r图4-5 LED1

34、602液晶显示流程五PM2、5粉尘检测仪的测试结果及结论5、1调试调试过程中首先要检测的就就是硬件电路的设计原理就是否正确、能否达到预期效果以及实现方法就是否简便等等；其次在焊接好难有线电路之后，认真检查电路的焊接情况。这次采用 的就是分块调试的方法，PM2、5粉尘检测电路，控制电路以及单片机控制电路进行调试。在对每 个模块的进行调试过程中又采用了由局部到整体 ，由简单到复杂的调试方法，最后再将各个模块 总与成一个整体。在调试过程中遇到的问题有(1) 由于在焊电路之前没有彻底调查过电阻的大小对PM2 5粉尘检测电路的影响,导致一直以为传感器不工作，显示屏就是没有数据显示，后来换了合适的电阻，数

35、据也检测出来了 ；(2) 在解码程序的编写过程中，经过多次的程序修改与硬件调试，基本上能很好地实现自动 报警,智能开启换风机，及时改善空气环境的功能。解决：对电路进行测试，如对单片机的输出管脚信号进行测试，观察就是否存在漏焊，虚焊, 或者元件损坏的现象。若无此问题查瞧烧写的程序就是否正确无误 ，对程序进行认真修改。当显 示亮度不好时阻器的阻值，直到瞧到合适的亮度为止。经过多次的反复调试与分析，可以对电路的原理及功能更加熟悉，同时提高了设计能力与及 对电路的分析能力。同时在软件的编程方面得到更到的提高 ，对编程能力得到加强，同时对所学 的知识得到很大的提高与巩固。如下为硬件实物图：LED灯显示1

36、602LED液晶显示PM2 5空气检测 仪的设计与制作开关电源GP2Y1010AUO粉尘传感器每 间隔10S更换 一次采集浓度 值检测更准确外接 AT24C02,有掉电保存数据功能STC12C5A60S换风机系统，当 超过预定值时 自动转动声光报警系统, 当超过预定值 时自动报警可通过手动 按键设置报 警值结论经过一番努力后 , 粉尘测试仪设计的终于完成。 在设计该粉尘测试仪的过程中 , 我首先按照粉 尘检测仪的功能设计出其大致的电路电路方框图 , 然后分析各个功能模块 : 信号采集模块、信号 转换模块、LED1602显示模块的。选好材后画出电路原理图，再到编写程序，最后进行仿真，这次 课题设

37、计可以说成功完成。 说到编写程序就是可花了不少功夫 , 因为该设计需要精确到小数位的 个位, 这个可给我带来了苦恼 , 在同学的帮助下最终解决了这个问题。实验结果表明此粉尘测试 仪实现后具有读取方便、显示直观、电路简洁等优点 , 符合电子仪器仪表的发展趋势 , 具有良好 的市场前景。在整个设计过程中 ,充分发挥了人的主观能动性 , 自主学习, 学到了许多没学到的知识。 程序 编写中,由于思路不清晰 , 开始时遇到了很多的问题 , 经过静下心来思考查资料 , 与同学讨论 , 向 老师请教, 理清了思路 , 完成对程序的编写。 通过设计提高了对单片机的认识 ,进一步熟悉与掌握 单片机的结构及工作原

38、理。 通过实际程序设计与调试 ,逐步掌握模块化程序设计方法与调试技术 提高软件设计、调试能力 ;通过这次设计熟悉以单片机核心的应用系统开发的全过程, 掌握硬件电路设计的基本方法与技术 , 掌握相关电路参数的计算方法。最终较好的完成了设计, 达到了预期的目的。但就是由于个人能力的原因 , 这个没能解决所显示的数字有些闪动的效果 , 以及焊接技能需 要加强锻炼在功能方面就是显得非常的简单 ,只实现了三个最基本的功能 , 还有许多不足与可以 扩展的地方。例如实现粉尘检测系统智能化、人性化等 , 这些有待以后来弥补 , 还望各位老师予 以指正与修改。参考文献1 何立民、单片机应用技术选编M、北京：北京

39、航空航天大学出版社，1993:23-242 李卫东，李铁军，刘华，曹福德、HG-H（智能烟尘粉尘测量仪J、仪器仪表学报,2004,3 董爱华 ， 余琼芳、煤矿井下粉尘信号光电检测电路的研究 J 、仪器仪表学报 ，2003，5 董晓红、同步粉尘测试仪的设计与实现 D. 成都: 四川大学、 20044 梅丽凤 , 王艳秋 , 汪琉铎 , 任国臣、单片机原理及接口技术 M 、北京 : 清华大学出版 社,2009:310-321.5 唐娟、粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势 J 、矿业安全与保护 ,2009:69-74.6 吴泉英、数字式粉尘测试仪中的信号处理 J 、苏州城建环保学院学报 ,1999

40、:89-100附录一: 系统程序主程序/ 头文件#include "STC12c5A 、 h"#include "1602 、 h"#include "2402 、 h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/ 定义按键sbit Key_Up_ = P3A4; sbit Key_Dow n =卩3人5;/ 定义风扇sbit fs = P2A0;/定义蜂鸣器LED报警sbit DUST_Warn = P3A3;sbit LED1 = P2A3;sbit LED2 = P2

41、A4;/ 定义标识uchar FlagStart = 0;sbit LED = P3A2;/ 全局变量定义 , const char ADC = 0x00;/P1A0uint Counter;uint DUST_SET;/float DUST_Value;uchar ADC_Get10=0; / uchar num=0;/ 函数声明void Data_Init();void Timernit();void ADC_Init();0_Init();void Port_Iuchar GetADVal(uchar);void KeyProcess(void);固体颗粒的阈值定义AD采样数组/ 数据初

42、始化 void Data_Init() Counter = 0; FlagStart=0; DUST_Value=0; DUST_Warn=1; LED=0; fs=1;/DS-185 页 定时器初始化 定时 10ms void Timer0_Init()/AUXR=0x80; /Time work in 1T modeTMOD = 1;TL0 = (65536-30000)/256;TH0 = (65536-30000)%256;TR0 = 1;ET0 = 1;EA = 1;/ 定时器 0 中断void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0uint i,

43、j;TL0 = (65536-30000)/256;TH0 = (65536-30000)%256;LED=1;/开启传感器的LEDfor (j=0;j<222;j+); /0 、28ms / 延时 0、28msADC_Getnum=GetADVal(ADC); / 开启 ADC采集 num+;if(num>9)FlagStart=1;num=0;TR0 = 0; / 先关闭定时器 0EA = 0;/ 采集 10 次 , 关闭定时器 0, 进行数据处理/ for (j=0;j<25;j+);LED=0; / 关闭传感器 LED/ 端口功能设置void Port_Init()P

44、1M0 = 0x03; /DS-88页 IO 口功能设置 , 设为开漏 11P1M1 = 0x03; /void ADC_Init() /DS-282 页P1ASF = 0x03; / 开启通道 0,1ADC_RES = 0;ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL每次转换需要 420 个时钟周期 delay_ms(10);/进行AD转换，得到当前8位AD值uchar GetADVal(uchar CH)ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|CH|ADC_START; /delay_ms(1);while(!(ADC_CONTR&ADC_

45、FLAG); /等待 ADC转换结束ADC_CONTR &= ADC_FLAG; / 关闭 ADC return ADC_RES;/ 中值滤波/ 算法:先进行排序 ，然后将数组的中间值作为当前值返回。uchar Error_Correct(uchar *str，uchar num)unsigned char i=0;unsigned char j=0;uchar Temp=0;/ 排序for(i=0;i<num-1;i+)for(j=i+1;j<num;j+) if(stri<strj)Temp=stri; stri=strj;strj=Temp;/ 去除误差 , 取

46、中间值 return strnum/2;/ 存入设定值 将设定值存储在 24C02 中 void Save_Setting(void)uchar Save;Save =DUST_SET/256;IIC_Write(0x00, Save);Save =DUST_SET%256; delay_ms(10);IIC_Write(0x01, Save);/ 载入设定值 从 24C02 中读取设定值void Load_Setting()DUST_SET=0;DUST_SET = IIC_Read(0x00);DUST_SET*=256;delay_ms(10);DUST_SET+= IIC_Read(0

47、x01);if (DUST_SET>=760)|(DUST_SET<=0) DUST_SET =100; / 按键处理程序void KeyProcess(void)uchar Temp;uint i,j;Temp=P3;Temp&=0xf0;if(Temp!=0xf0)/ 延时/for (i=0;i<500;i+)/for (j=0;j<254;j+);Temp=P3;Temp&=0xf0;if(Temp!=0xf0)switch(Temp)case 0xE0: DUST_SET+; break;case 0XD0: DUST_SET-; break; default: break;/ 值限定/设定值 +/设定值 -if (DUST_SET>=760)DUST_SET =760;if (DUST_SET<=1)DUST_SET =0;Save_Setting();void main()uchar read; uint DUST;EA = 0;/总中断关闭Data_Ini