智能粉尘浓度检测系统设计

智能粉尘浓度检测系统设计工作频率为72MHz，内置高速存储器，具有丰富的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设。其能够处理多达43个可屏蔽中断通道和16个优先级。STM32F103C8T6最显著的特点是支持三种低功耗模式，可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡，其非常适合应用于粉尘传感模块，以便满足对粉尘传感器的长时使用和快速检测的功能要求。2.2粉尘采集模块该装置采用SM-PWM-01A粉尘传感器。SM-PWM-01A是一款利用光学方法检测空气中粉尘浓度的传感器。在此传感器中，一个发光二极管和一个探测器光轴相交，当带粉尘的气流通过交叉区域，产生散射光，探测器就会检测到粉尘散射的IRLED光线，然后将光信号转换成电信号。探测器输出电信号经放大电路放大，放大器输出信号经A/D转换电路转成数字信号。如果低脉冲宽度增加时，表示灰尘浓度增加。显示的灰尘浓度与采样周期内的低脉冲占空比对应。他能够检测到尺寸1.0pm的室内香烟等小颗粒物和尺寸大于2.5pm的灰尘粒子浓度。粉尘传感器外形紧凑，质量轻，便于安装。该设计中将粉尘采集模块输出端连接到STM32F103C8T6的PA1和PA2引脚。通过ARM处理器进行程序处理并计算出粉尘浓度°STM32F103C8T6基本外围电路如图2所示。2.3电源电路粉尘采集模块、STM32F103C8T6和参数存储电路、风扇驱动电路依次采用5V、3.3V、10V供电电源供电，分别采用MC34063、78M05、LM1117供电。2.4风扇驱动电路扬尘检测模块利用吸气风扇使空气循环通过粉尘采集模块，形成恒定的气流，清除气腔内残留的尘埃，便于实时准确检测。2.5参数存储电路此电路利用得电可擦除存储芯片FM24C04，通过两线串行的总线和单片机通讯。芯片内的资料可以在断电的情况下保存100年。3数据采集和处理3.1数据采集该环境监测系统需要实时显示检测结果，而取样法监测采样时间较长、仪器维修量大、花费成本较高、自动化程度低，不适合本监测系统，采用适合于该监测系统的基于光散射原理的SM-PWM-01A粉尘传感器。SM-PWM-01A粉尘传感器将采集到的信息以低脉冲信息宽度输出。1pm左右的小颗粒输出信号为由窄脉冲或重叠的连续的脉冲波形，5~20pm大粉尘颗粒输出信号为由宽脉冲或不重叠脉冲。该粉尘模块利用传感器输出的PWM波的低电平占空比来计算粉尘的浓度，P1表示小颗粒物浓度输出，P2表示大颗粒物浓度输出，二者低脉冲占空比计算公式为：3.2数据处理该次数据滤波所采用的滤波方法及中位值平均滤波法（复合滤波。中位值平均滤波法相当于"中位值滤波法”+"算术平均滤波法"。优点：融合了两种滤波法的优点这种方法既能抑制随机干扰，又能滤除明显的脉冲干扰。缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM。ARM处理器将采集到的大量数据通过编程软件进行复合滤波，将采集到的N个数据进行从小到大的顺序排序。去掉M个最大和最小的粉尘浓度值，在特殊情况下所测得的粉尘浓度值，复合滤波法排出了这些不稳定的数据。再将所剩的比较稳定的数据求平均值，使所测的数据更加稳定准确。4结语从各个方面分析设计的粉尘模块与国控点所测数据的不一致的原因：首先，由于地理差异，外界环境导致国控监测点与粉尘模块测量点检测的数据具有一定的偏差;再者，国控点的测量仪器与粉尘模块在检测原理、检测精度、检测误差等方面也不一致；最后，国控点数据发布是每小时更新一次，而且有一定的延迟，而粉尘模块检测为每5秒或10秒更新一次，实时性较高。参考文献孙滨，姜传林，陈元勇.基于光学粉尘传感器的车载空气净化装置设计[J].电子技术，2013，4（26）:2-4.郭红光，王飞.煤矿井下粉尘治理的PM2.5标准初探[J].煤