基于单片机的PM2.5空气质量检测系统设计-通信工程毕业论文.doc

1、基于单片机的空气质量检测系统设计专业：通信工程班级：2013 级 1 班姓名：王世达目 录引 言 .41 概述 .61.1 系统组成 .61.2 硬件设计 .61.3 软件设计 .72 电路设计 .82.1 原理图 .82.2 单片机及外围电路设计 .82.3 传感器电路设计 .162.4 A/D 模数转换电路 .182.5 LCD 显示电路 .202.6 LED 显示电路 .222.7 报警模块 .233 程序设计 .243.1 主程序设计 .243.2 按键部分 .243.3 显示部分 .243.4 A/D 转换部分 .274 应用软件介绍 .304.1 keil 的应用 .304.2 p

2、rotel99se 的应用 .314.3 Proteus 的应用 .335 设计的应用 .345.1 主要用途 .345.2 应用场景 .346 结果与分析 .35总 结 .36致 谢 .37参考文献 .38附录 1 原理图 .39附录 2 程序源代码 .401摘 要随着现代科技的高度发展，工业生产力正在不断提高，而由此带来的负面影响也尤为显著，那就是环境的污染，它严重危害着人类的健康和生活。雾霾，为大气污染之一，一直以来广受人们关注。现在有越来越多的地区和国家开始高度重视雾霾天气，并将其视为一种灾害性天气。其实，很早以前就报道过一些雾霾灾害的重大事件，在这几次事件当中，不仅危害到人们的健康，

3、甚至还剥夺了很多人的生命，比如 1952 年伦敦杀人雾事件和 2013 年北京雾霾事件。PM2.5 ，指环境中直径小于 2.5m 的颗粒物，是雾霾的主要成分之一，由于其粒径小，活性强，易附有毒、有害物质，因而对人体健康威胁很大。因此，对 PM2.5 的测量显得越来越重要。本文将空气中 PM2.5 的浓度作为评定空气质量的依据。本设计的控制核心采用的是非常实用的 51系列单片机 AT89C52，配合粉尘浓度采集装置和显示设备，共同完成数据的采集，处理及显示。并会根据设置好的报警值报警提示，并且用不同颜色的指示灯显示空气质量。本文详细介绍了各个单元的电路设计过程及各功能的实现方法，该系统有良好的人

4、机交互界面，有较高的测量精度，不仅简单实用而且便于携带。相信，它的价值一定会得到体现。关键词：雾霾；大气污染；PM2.5 ；单片机；AT89C52；空气质量2ABSTRACTWith the highly development of modern science and technology, industrial productivity is increasing, and the resulting negative impact is particularly significant, that is the environment pollution, which cause se

5、rious damage to the human health and life.Fog haze, as one of the atmospheric pollution, has been widely attention by people.Now there are more and more regions and countries begin to attach great importance to the fog weather, and regard it as a kind of severe weather.Actually, long ago reported so

6、me fog disaster events, in this case, not only harm peoples health, even deprive the lives of many people, such as killing 1952 London fog and smog in Beijing in 2013 events.PM2.5 refers to environment particles less than 2.5 microns in diameter, is one of the major components of fog, because of its

7、 small size, activity is strong, easy to attach poisonous and harmful substances, thus a big threat to human health.So, for the measurement of PM2.5 is more and more important.This article will air concentrations of PM2.5 as a basis for the evaluation of air quality.Used the control core of this des

8、ign is very practical to 51 series microcontroller AT89C52, cooperate with the dust concentration acquisition and display devices, common to complete data collection, processing and display.And according to set good alarm value alarm prompt, and use different color indicator shows that the air quali

9、ty.Each unit circuit are introduced in detail in this paper the design process and method of realization of each function, the system has good man-machine interface, have higher measurement accuracy, not only simple and practical and easy to carry.Believe that its value will be reflected.Keywords: H

10、aze; Atmospheric pollution; PM2.5; Single chip microcomputer; AT89C52;Air quality3引 言现在，老百姓的生活越来越好，衣食住行和几十年前早已不可同日而语。当然，这些都得益于科技的飞速发展和生产力的不断提高。但与此同时也伴随着一些负面影响。比如，现在老百姓都十分关注的雾霾问题。通过调查发现，现在不管是发展中国家还是发达国家，不管是城市还是农村，都或多或少遭受到雾霾的侵害。而雾霾中所包含的有害物质严重影响着人们的健康，甚至威胁到人们的生命。据不完全统计，那些雾霾污染严重的城市比那些相对清洁的城市的死亡率高出将近 20%

11、之多。而本设计中检测的 PM2.5，它的影响也随着医学技术的发展暴露出其相当恐怖的一面 1。根据一些气象学和医学方面的专家推测，PM2.5 中所包含的颗粒状污染物对人类健康的影响甚至超过了可怕的沙尘暴。由于人类的生理结构原因，人的身体不能够过滤和阻拦 PM2.5 中的有害物质。人的鼻子只能挡住部分粒径在 10m 以上的颗粒物质，而那些粒径在 2.5m10m 之间的颗粒物虽然可以进入到人的上呼吸道，但是会被呼吸系统内部的绒毛阻挡，有些会通过痰液排出，所以不会对健康造成太大的伤害。但是小于 2.5m 的颗粒物，由于不能有效的阻挡，会有相当一部分通过呼吸进入支气管，进入肺部，造成呼吸道感染，肺部的气

12、体交换也会受到干扰。这样就有可能使人呼吸困难引发哮喘和慢性支气管炎等疾病，甚至会间接导致心律不齐等心血管方面的问题 2。因此，必须高度重视对 PM2.5 的检测，治理以及防范。本设计就是为了达到检测这一目的。只有准确的检测 PM2.5，才能有效的治理和防范。根据 PM2.5 检测网的空气质量新标准， 24 小时平均值标准值分布如表 1：4表 1 PM2.5 平均值标准值分布 3PM2.5 浓度范围（g/m 3） 空气质量035 优3575 良75115 轻度污染115150 中度污染150250 重度污染大于 250 及以上 严重污染本设计根据表 1 将空气质量大致分为三个等级，单片机通过分析

13、采集到的数据判断 PM2.5 的浓度落在哪一个浓度区间，从而判断出空气质量等级，并作出相应的反应。本论文层次分明，按功能将设计分为几大部分，化整为零。各单元再紧密配合，实现所有功能。51 概述1.1 系统组成判断大气空气质量的指标很多，本论文选择比较典型的 PM2.5 这一指标作为本次设计对空气质量的主要评定依据。根据空气中 PM2.5 的浓度将空气质量分为优良、轻度污染、重度污染三个等级。本系统以单片机为核心，通过检测单元采集大气中 PM2.5 浓度，然后单片机负责处理分析由检测单元传过来的数据，最后将分析结果送给显示单元。图 1 为系统组成框图，其中检测单元主要包括传感器和模数转换电路，显

14、示单元包括 LED 显示，LCD 显示，蜂鸣器报警。单片机检测单元显示单元图 1 系统组成框图1.2 硬件设计本系统采用模块化设计，将整个系统细化为一个个小单元，各单元分别实现不同的功能，最后根据它们之间的相互关系，将它们整合到一起，这样能够达到简化设计的目的。这些单元主要包括单片机、传感器 、A/D 模数转换电路、液晶显示电路、LED 显示电路、按键电路等功能模块。各模块之间的关系如图 2 所示 ，传感器将空气中的 PM2.5 浓度转化为模拟的电压信号，由于本设计采用的单片机不能识别模拟信号，所以需要 A/D 模数转换电6传感器单片机报警模块A / DL C D 显示按键L E D 显示路将

15、模拟信号转化为数字信号，单片机分析处理数据，将分析结果通过LCD、LED 、报警模块显示出来。图 2 硬件设计框图1.3 软件设计软件部分按照其功能的不同，主要可以划分为主程序部分，按键部分，显示部分，报警部分， A/D 转换部分等。72 电路设计2.1 原理图见附件一2.2 单片机及外围电路设计2.2.1 AT89C52 介绍AT89C52 是一款 CMOS 8 位的高性能单片机，它由美国 ATMEL 公司生产，现在有许多控制场合都采用 AT89C52。它不仅兼容标准的 MCS-51 指令系统和 8051 产品引脚，它还拥有更大的只读程序存储器和随机存取数据存储器，而且 AT89C52 除了具备 AT89C51 的定时器/计数器 T0 和定时器/计数器 T1，还额外增加了一个定时器/计数器 T2，使设计更加丰富、灵活 4。（1）主要性能特点： 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8K 字节可重擦写 FLASH 闪存存储器 1000 次写/擦循环 时钟频率：0Hz24MHz 三级加密存储器 256 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 6 个中断源