1、 河南科技大学毕业设计（论文） 毕 业 设 计（论 文） 题目 ： 基于单片机空气 PM2.5 浓度检测系统设计 河南科技大学毕业设计（论文） 河南科技大学毕业设计开题报告 课题名称 基于单片机空气 PM2.5 浓度检测系统设计 学生姓名 于海洋 专业班级 机电 114 课题类型 硬件设计 指导教师 徐莉萍 职称 教授 课题来源 科研 1. 设计（或研究）的依据与意义 设计的依据： 21 世纪的今天，科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备不同于以前，他们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代， 测量技术是当今社会的主流，广泛地
2、深入到应用工程的各个领域。 监测 PM2.5 的原理以及硬件都在明显的改善，软件的简化功能的增加。本课题的背景是根据基于专业的精细的检测仪基础上，来设计便携式的PM2.5 检测仪，携带方便，现在具有粉尘传感器，单片机， LCD 液晶 ,及蜂鸣报警器，模拟信号的转化为数字信号，数据采集电路采集 PM2.5 的浓度值，并由微控制器分析处理数据，最后由液晶显示屏显示相应的结果，小巧的装置可以应对现在人们的监测，以及微机原理的接口技术单片机原理，显示屏的装置技术，信号的转换与放大技术，调理电路的器件 实现，调理电路的原理误差减少等明显的提高，单片机的仿真软件的出现单片机电子电路的仿真大大改善了现在的设
3、计困难程度。 设计的意义： 近年来，雾霾问题引起了大家的重视，也影响了民众的生活，灰蒙蒙的天气也引起了大家的恐惧。因为空气质量的恶化，雾霾天气现象出现增多，危害现象加重。中国不少地区把阴霾天气并入雾以其作为灾害性天气预警预报。统称为雾霾天气。雾霾主要由 PM2.5 , PM10, PM0.1,以及重金属珅铬铅等颗粒组成。有关雾霾的重大事件层出不穷，如 1952 年伦敦烟雾事件，伦敦杀人雾在四天内夺走了 4000 多天 人命；还有 2013 年初北京肆虐横行的雾霾事件，轰动一时。因此，对 PM2.5 的测量显得越来越重要。让大家了解雾霾的成因及危害，雾霾天气应该注意的事项，保护好自己。 普及雾霾
4、问题和了解 PM2.5 的简单测定，并且符合环保保护的要求。 河南科技大学毕业设计（论文） 而央视前记者柴静拍摄的记录片苍穹之下就是对现在问题的根本性的揭露，我们不仅要为了我们自己能够生活在一个更加明媚，更加阳光，白云万里的世界里而奋斗，而且还要保证以后的子孙后代都应该享受这样的天空。 其次，雾霾会引发很多的疾病，尤其是肺部方面的疾病，被吸入人体后会直接进入支气管，刺激 呼吸道，干扰肺部的气体交换从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统疾病并导致心律不齐、非致命心脏病等心血管方面的疾病。也会引发很多的综合性疾病，检测雾霾天气的危害，并使之达到环境保护要求已经刻不容缓。 河南科技大学
5、毕业设计（论文） 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国内外的设计主要是在下面方法的基础上实现的 重量法 所谓重量法是指将 PM2.5 直接截留在滤膜上，然后用天平称重。滤膜并不能把所有的 PM2.5 都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于 0.3m 以上的颗粒截留效率大于 99%，就算合格。因为所损失 的极细小颗粒物对 PM2.5 的重量贡献很小，对分析结果影响不大。目前按照重量法设计的采样设备较多，如中国生产的 TH 150 型智能中流量颗粒物采样器、四通道 PM2.5 采样器 （ PR2300） 、美国 URG 公司生产的通用型大气污染物采样仪 （ URG 3
6、000k）、德国 GRIMM 分析仪等。这些采样器利用 Teflon 膜或 PTEE 滤膜对 PM2.5 进行采样，再采用称重法计算颗粒物质量浓度。 重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重，程序比较繁琐而费时。因此，这种方法及仪器多应用于进行单 点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。 射线吸收法 将 PM2.5 收集到滤纸上，然后照射一束射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与 PM2.5 的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出 PM2.5 的重量。由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业。
7、这种方法一般要求都比较高，设备比较昂贵，适用于大型的研究设备以及大型的研究场合。 微量振荡天平法 基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。工作原 理为：空气从粗头进，细头出， PM2.5 就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的 PM2.5 的重量。 该方法可实现自动、连续监测。因此，近年来我国多个地区采用微量振荡天平法测定 PM2.5 浓度。例如， 2011 年沈阳市环境监测中心站采用“赛默飞世尔”的 1405 型振荡天平法颗粒物监测仪对 PM2
8、.5 进行了长期的监测河南科技大学毕业设计（论文） 和分析。 除了以上三种 PM2.5 重量测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的方法。但是，这种方法并没有被各国环保部门采 纳为标准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些科研中时有运用。该测定方法的原理是：空气中的颗粒物浓度越高，对光的散射就越强；测定光的散射后，理论上就可以算出颗粒物浓度。但在实际运用中，由于光的散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行
9、校正。有研究者做过理论计算：利用光散射仪测定 PM2.5，至少有 30 40%的不确定性。这种不确 定性是这类仪器固有。所以需要其不断地去校正，为以后的测量能够更加的准确，得有相对接近事实的数据。 河南科技大学毕业设计（论文） 3. 课题设计（或研究）的内容 首先通过 PM2.5 粉尘传感器及检测电路对周围环境中的 PM2.5 的浓度值数据进行采集，由模数转换电路将 PM2.5 检测电路输出的模拟量转换成数字量，并将数据传送给微控制器，并由微控制器对数据进行处理分析。 一方面将处理的结果显示在 LCD1602 液晶显示屏上，使 PM2.5 的检测结果一目了然，方便人们随时随地的了解周围的 PM
10、2.5 的状况。 另一方面，如果 PM2.5 的浓度过高，便由微控制器通过 报警电路进行必要的提醒，报警部分主要由 LED 指示灯和蜂鸣器组成。 并设计其外壳的形状，便于携带，小巧并且美观。 4. 设计（或研究）方法 通过看视频及查看资料对单片机、 LCD、微控制器、模数转换的应用学习，熟悉芯片的功能 ,学习相应的函数，程序设计等，用芯片实现模数 /数模转换及音频的噪音处理和压缩，编码，解压，解码等。 通过查资料，看相关的作品，分析模数转换的相对转换，如何实现报警的相关程序，理解并编好需要的程序，逐步实现本课题需要的功能。通过仿真软件的仿真看时候能够实现需要的要求，逐 步的改进其需求。 然后按
11、照要求做出实物，做实验验证其合理性及实用性并查找资料设计其外观的几何形状的设计。 5. 实施计划 1、 第 34 周： 查阅资料，完成开题报告，确定总体方案； 2、第 512 周 ： 设计硬件电路、编写程序，联机调试； 3、第 1314 周 ：编制设计说明书；组装实物并试验；准备答辩； 4、第 15 周 ： 答辩。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 河南科技大学毕业设计（论文） 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 河南科技大学毕业设计（论文） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取
12、得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部
13、分或全部内容。 作者签名： 日 期： 河南科技大学毕业设计（论文） 学 位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅 。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部
14、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 河南科技大学毕业设计（论文） 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（ 300 字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体 部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释
