1、小型家用 PM2.5 监测仪器的设计摘要：本设计采用 AT89S52单片机作为核心控制器，以 DSM501作为检测元件，实现对空气中 PM2.5数值的监测，包括数据采集、显示、报警等功能，可以作为家用 PM2.5的检测仪器，亦可作为工业用烟雾、粉尘类报警仪器使用。 关键词：PM2.5 单片机 监测系统 一、引言 PM2.5 指环境空气中当量直径小于等于 2.5微米的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重，与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5 粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等） ，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对
2、人体健康和大气环境质量的影响更大，随着我国工业化进程的不断发展，近年来，个别城市空气中 PM2.5含量屡次爆表，严重威胁着人们的生活健康。本文提出一种以单片机为控制核心，以 DSM501芯片为检测元件，设计一种家用 PM2.5检测仪器，用于日常家居、学校、医院等区域的空气质量监测。 二、硬件结构设计 本系统由控制模块、检测模块、电源模块和显示报警模块组成。检测模块实时检测周围空气中 PM2.5的含量并送给控制模块，控制模块对数据进行运算和比对之后，将检测到的数值经显示模块显示，如检测值超过设定的报警值，报警模块将通过声光报警的方式提醒用户，系统结构原理如图 1所示。 本设计中，控制模块采用市面
3、上常见的 AT89S52单片机，该型单片机工作频率高于普通的 51单片机，运算速度更快，实时性更高，内部包含 8K的程序存储器，32 个 I/O口，该芯片功耗低，结构简单，广泛运用于各种控制场合，满足本设计的控制需求。 检测模块采用 DSM501传感器，该传感器为韩国 SYHITECH专利产品，采用 PWM脉宽调制输出，最小检测直径 1微米的粒子，可有效检测空气中 PM2.5的含量，小尺寸重量轻易安装使用。工作电压为 DC5.00.5V，工作环境温度-20 至 80，输出电平（有粒子时）为 0.7V（max1.0V） ；洁净空气时为 4.3V（min4.0V） ，加热器电源接通后约 1分钟后可
4、稳定工作。 该模块有 5个引脚，输出脚 2为普通输出脚位，灵敏度已预设定，最小粒子检出能力为 1um，输出脚 1为可调输出脚位，灵敏度可通过控制脚连接可调电阻来调整，默认为引脚 2的 2.5倍即最小粒子检出能力为2.5um。通过采集引脚的低电平的占比，低脉冲率计算公式为RT=LT/UTx100%。根据原件的特性曲线图计算出当前空气中粒子数，根据粒子数和含尘浓度的近似关系，计算出当前空气中 PM2.5的浓度，输出PWM波形如图 2所示。 图 2 DSM501输出引脚 PWM波形 报警显示模块中，显示部分采用 1062LCD，该元件最多可显示两行32个字符，使用前需进行初始化，可将采集到的数据转换
5、成浓度后进行显示；报警功能采用无源蜂鸣器，当采集的数据超过预先设定值时，单片机引脚输出信号通过声音报警的方式提醒用户。 电源模块采用锂电池供电，经稳压后供系统使用，预留充电接口可反复充电，作为便携式仪器使用；也可根据需要采用直流稳压模块，将220V交流电转换成 5V直流电源，作为固定式仪器使用。 三、系统软件设计 系统上电之后需进行初始化，包括单片机初始化程序、检测模块初始化程序、显示模块初始化程序等。在工作过程中，由单片机定时，检测 DSM501元件输出引脚的信号，并对信号中的低电平进行计时，得出PWM信号中低电平的占空比，根据 DSM501元件的特性曲线得出被测空气中的粒子浓度，将数据发送
6、给 1602显示，当采集的粒子浓度高于警戒值，单片机通过蜂鸣器报警，单片机检测程序如下所示。 void timer0（） interrupt1/中断服务程序，每 1ms中断一次 number+； if（PWM=0）lt_time+； /每 1ms检测 PWM脉冲点评高低 if（number=30000） /nunber 计数到 30000MS，即 30S计时周期 TR0=0； /关闭定时器 0 rate=（int） （lt_time/300） ；/计算低脉冲率 number=0；/30S 定时复位，开始下一个测量周期 lt_time=0；TR0=1；/启动定时器 0 TH0=0xfc；TL0=0x66；/设置定时器初值 四、结论 本设计给出了一种以 AT89S52单片机和 DSM501灰尘检测器为核心元件的 PM2.5监测仪器，具有结构简单、成本低、功耗低的优点、可作为便携式仪器的使用，也可作为固定式的检测仪器。在本设计的思路上，可以通过升级改造，增加其他模块，实现更多的功能，作为家用物联网智能家居的一部分，也可用于工业场合，具有较强的实用价值。参考文献： 1彭应登，钟良.北京 pM2.5污染特点及防治途径.节能与环保，2012. 2王蓓，刘建国.大气气溶胶粒子数密度和质量浓度的测量.环境科学与技术，2007. 3张毅刚.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社，2011.
