史佳維PM2.5檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)[精選]

1、摘 要近幾年，出現(xiàn)了一個新的天氣狀態(tài)：霾，它肆虐全球的大部分地區(qū)，尤其在我國北方冬季，已經(jīng)有很多的地區(qū)出現(xiàn)了大范圍持續(xù)性的低能見度污染天氣，并且有愈演愈烈的趨勢。本文進一步指出人類社會的經(jīng)濟活動產(chǎn)生的人為因素和氣候變化帶來的氣候因素兩者共同作用使中國的霧霾天氣進一步增多。霧霾人們早就有所耳聞，如早年的倫敦煙霧事件，在短短幾天內(nèi)就奪走了近萬條人命。而引起我們重視的是近年發(fā)生在北京的霧霾事件，因為霧霾的肆虐，一時間防霾口罩風靡市場?？紤]到人們的身體以及生活的健康，必須要檢測空氣中的粉塵濃度，因此設(shè)計空氣質(zhì)量檢測儀是一個非常有現(xiàn)實意義以及市場價值的課題。此次的設(shè)計是一個檢測空氣中霧霾含量的儀器，是一

2、個由傳感器、單片機、led、蜂鳴器等器件組成的自動檢測空氣的儀器（自動空氣檢測儀器）。本設(shè)計的空氣質(zhì)量檢測儀實現(xiàn)了智能化控制，具有功耗小，檢測精度高，價格便宜，易于攜帶等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：霧霾;單片機;自動檢測abstractin recent years, there has been a new weather condition: haze, which ravages most parts of the world, especially in the northern winter of china, where there are many areas where there is a

3、 wide range of persistent low visibility pollution weather, and there is a growing trend the this paper further points out that the human factors of human society and the climatic factors caused by climate change contribute to the further increase of haze in china. haze people have heard, such as th

4、e early years of the london smoke incident, in just a few days to take away nearly ten thousand lives. and cause us to pay attention to the haze in beijing in recent years, because the haze of the raging, a time haze masks swept the market. taking into account the people's body and the health of

5、 life, we must test the concentration of dust in the air, so the design of air quality detector is a very practical significance and market value of the subject. the design is a device to detect the haze in the air, is a sensor, microcontroller, led, buzzer and other devices composed of automatic de

6、tection of air equipment (automatic air detection equipment). the design of the air quality detector to achieve the intelligent control, with low power consumption, high precision, cheap, easy to carry and so on.key words: haze; singlechip; automatic detection目 錄toc o "1-3" h z u hyperlink

7、 l "_toc481951228" 摘 要ihyperlink l "_toc481951229" abstractiihyperlink l "_toc481951230" 目 錄iiihyperlink l "_toc481951231" 1 引言1hyperlink l "_toc481951232" 1.1 研究的主要目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 研究的任務(wù)和目標3hyperlink l "_toc481951235" 2 總體方案設(shè)計32.1 檢測原

8、理32.2 電路設(shè)計框圖33 主控制器及主要器件43.1 at89s52單片機43.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片adc083263.3 1602lcd液晶顯示屏73.4 夏普粉塵傳感器gp2y1010au0f84 硬件電路設(shè)計104.1 單片機最小系統(tǒng)104.2 粉塵傳感器電路設(shè)計114.3 a/d轉(zhuǎn)換124.4 lcd顯示模塊設(shè)計134.5 按鍵電路144.6 報警電路154.7 污染級別提醒電路和程序下載電路155 程序設(shè)計及軟件應(yīng)用165.1主程序設(shè)計165.2 主要子函數(shù)的設(shè)計185.3 keil c51的應(yīng)用225.4 proteus仿真235.5 仿真與調(diào)試256 設(shè)計的應(yīng)用及相關(guān)實驗256

9、.1 pm2.5簡介256.2 pm2.5的主要來源256.3 設(shè)計主要用途及應(yīng)用的場景266.3.1 主要用途266.3.2 應(yīng)用場景266.4 應(yīng)用設(shè)計進行的相關(guān)實驗及結(jié)論分析266.4.1 檢測分析276.4.2應(yīng)對方法28總結(jié)29參考文獻30致 謝421 引言1.1 研究的主要目的和意義隨著工業(yè)的發(fā)展，由霧霾帶來的各種各樣的消極影響逐漸進入人們的視線，比如溫室效應(yīng)，土地沙漠化，鹽堿地的擴大以及霧霾天氣的肆虐等等，近年來，空氣質(zhì)量的急劇惡化是我們每個人都深切的體會到的?？諝赓|(zhì)量的逐漸惡化導致空氣出現(xiàn)普遍渾濁現(xiàn)象，各種危害也相應(yīng)加重。我國已將霧霾列入重點關(guān)注對象。在環(huán)境空氣的空氣動力學中，

10、這些液態(tài)或固態(tài)的極細粒子主要是pm10和pm2.5，他們可隨空氣直接進入人體，又稱可吸入顆粒物?？晌腩w粒物半徑小，并且攜帶有毒、有害物質(zhì)，因此，不僅危害環(huán)境，同時也危害人體健康。世界衛(wèi)生組織發(fā)出的報告稱，顆粒物的危害遍及全球，包括發(fā)達國家以及發(fā)展中國家.作為最早起步工業(yè)的國家，英國也也曾遭受空氣污染和霧霾天氣的侵害。1952年，發(fā)生了震驚全球的倫敦霧霾時間，在大霧籠罩五天中，城市白天能見度只有1米左右，大霧期間1萬多人喪生，最后還有幾千人因此死亡。由此可見，霧霾對人體的危害并不比沙塵暴等極端氣候?qū)θ梭w的危害小。霧霾，即可吸入顆粒物，攜帶多種有害物質(zhì)，隨空氣直接進入人體，粘附在呼吸道以及聚集到

11、肺部，導致呼吸道阻塞或炎癥，也可能導致心血管方面的疾病。其中，顆粒物中的環(huán)芳氫不僅是致癌物，而且可致基因突變和畸形，這些對小孩、老人及伴有呼吸系統(tǒng)疾病的患者影響會更加顯著。并且這種惡劣的天氣限制了人們的外出活動，使人們的日常鍛煉受到影響，它對人的情感方面的影響就像持續(xù)的大雨，容易讓人產(chǎn)生消極悲觀的情緒，嚴重時還可能引發(fā)抑郁，狂躁等心理疾病。因此，為了我們的生命及生活安全，空氣質(zhì)量檢測是刻不容緩的，并且在監(jiān)測時，要對粉塵進行致細檢測。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀pm2.5具有很強的散射作用，是大氣復合型污染的首要污染物，極易導致灰霾天氣的形成。在不同城市中，空氣中顆粒物污染呈現(xiàn)多類型污染的趨勢?？煞譃?/p>

12、：傳統(tǒng)的煤炭的燃燒,如太原、烏魯木齊等;煙塵、燃煤和汽車尾氣排放混合型，如運城、鄭州、石家莊等；以及復合型,如北京、廣州等地區(qū)。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，2010年，因為pm2.5檢測數(shù)據(jù)爆表，美國駐華大使館曾用“crazy bad”來形容我國空氣質(zhì)量。目前，根據(jù)質(zhì)量檢測結(jié)束顯示，我國已經(jīng)有超過2/3的城市空氣質(zhì)量不達標。目前，我國部分地區(qū)pm2.5污染已經(jīng)尤為嚴重，其中的華東、華北等地區(qū)為最為突出。研究表明，近50年，中國的霧霾特點：持續(xù)時間長、范圍廣。英國在降低空氣污染方面采取了許多有效的對策，但污染還是較為嚴重；美國加州地區(qū)花了近60年，治理和控制空氣污染源，取得了較為可觀的成績；墨西哥城由于

13、尾氣排放和地理位置的原因和成為霧霾污染較為嚴重的地區(qū)，在政策的督促下，污染物排放大大降低，也取得了明顯的成果。表1 24小時空氣質(zhì)量標準值分布世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量準則項目年均值日均值準則值1025過渡期目標13575過渡期目標22550優(yōu)035良3575輕度污染75115中度污染115150重度污染150250嚴重污染大于250及以上1.3 研究的任務(wù)和目標我國現(xiàn)在處于灰霾天加劇的狀態(tài)，霧霾天帶來的影響給人們帶來嚴重的壓力，為了使人們能夠呼吸干凈、清新的空氣。所以，必須發(fā)展長期檢測系統(tǒng)，準確的模擬和預報天氣變化，及時檢測空氣中的氣體顆粒并進行有效的治理。2 總體方案設(shè)計2.1 檢測原理設(shè)計一款

14、pm2.5空氣質(zhì)量檢測儀，它主要由單片機、灰塵傳感器、led液晶顯示屏、報警器（蜂鳴器）等組成。本設(shè)計所要實現(xiàn)的主要功能及實現(xiàn)方法如下：（1）對空氣中中的灰塵濃度進行準確測量并且進行顯示，本部分由gp2y1010au0f灰塵傳感器，lcd1602液晶屏以及相應(yīng)的軟件程序完成。（2）完成數(shù)據(jù)的傳輸以及報警設(shè)置。本部分由at89s52單片機和蜂鳴器以及l(fā)ed燈進行實現(xiàn)。首先設(shè)置一個pm2.5濃度報警值，該報警值可以通過手動調(diào)節(jié)，其次通過程序?qū)鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)傳到單片機，有單片機進行處理。1當該數(shù)據(jù)達到設(shè)定值時蜂鳴器響起，并且當當檢測的pm2.5的濃度值在0-0.1之間，綠燈亮，表示良好；當檢測的

15、pm2.5的濃度值在0.1-0.3之間，黃燈亮，表示輕度污染；此外，紅燈亮，表示中度及更大程度的污染。2.2 電路設(shè)計框圖圖1 電路系統(tǒng)圖圖2 系統(tǒng)框圖圖3 電路系統(tǒng)圖3 主控制器及主要器件3.1 at89s52單片機at89s528位cmos型微控制器內(nèi)部集成了cpu、4kb的程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲并行i/o口、串行口、2個定時器，是一種低功耗的的微控制器。除此之外還有一個中斷控制系統(tǒng)和總線擴展控制器等。單芯可編程flash存儲器來自atmel公司，能以超低壓工作，為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供的高效，靈便的處理方案。at89s52具備以下標準性能：8k 系統(tǒng)可編程flash 存儲器, 32位可編程

16、i/o口，2級中斷結(jié)構(gòu)，256字節(jié)ram，1000次擦寫周期，串行接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換、看門狗、定時器，中斷源等。片內(nèi)程序存儲器為e2prom，擦除時間10ms左右，并且數(shù)據(jù)保存長達時間10年以上。8位cpu和系統(tǒng)可重復擦寫編程flash存儲器，使用廣性價比高，使用壽命長。圖4 at89s52結(jié)構(gòu)框圖圖5 at89s52引腳功能與封裝按功能，at89s52的引腳可分為電源引腳、時鐘引信號腳、控制信號引腳、第29引腳、第30引腳、第31引腳、輸入、輸出引腳、p0口、p1口、p2口、p3口.i/o口p1.0與p1.1可以配 置外部計數(shù)輸入端（p1.0/t2），與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端表1 p1口管腳

17、復用功能端口引腳復用功能p1.0t2（定時器/計算器2的外部輸入端）p1.1t2ex（定時器/計算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制）p1.5mosi（用于在線編程）p1.6miso（用于在線編程）p1.7sck（用于在線編程）表2 p3端口與復用功能表端口引腳復用功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時器0的外部輸入）p3.5t1（定時器1的外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）3.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0832a/d 轉(zhuǎn)換器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即將模擬信號轉(zhuǎn)換成

18、數(shù)字信號。adc0832由美國半導體公司生產(chǎn)，是一種雙甬道、8 位分辨率轉(zhuǎn)換芯片，它的工作頻率250khz，轉(zhuǎn)換時間32微秒，內(nèi)部電源輸入和參考復用。由于它體積小、轉(zhuǎn)換時間短、速度高，僅需幾十納秒，所以深受廣大單片機愛好者歡迎。本設(shè)計采用adc0832型逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器精度較高，轉(zhuǎn)換速度快，結(jié)構(gòu)也比較簡單。adc0832 特點：8 位分辨率；雙通道 a/d 轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與 ttl/cmos 相兼容；5v 電源供電時輸入電壓在 05v 之間；工作頻率為 250khz，轉(zhuǎn)換時間為 32s；一般功耗僅為 15mw；8p、14pdip（雙列直插）、picc 多種封裝；商用級芯片溫寬為0&#

19、176;c to +70°c，工業(yè)級芯片溫寬為40°c to +85°c；圖6 芯片接芯片頂視圖ad0832工作原理：傳感器采集模擬信號，將模擬電壓vin信號送入ch0通道，a/d轉(zhuǎn)換器片內(nèi)有一個d/a轉(zhuǎn)換器，首先向片內(nèi)d/a轉(zhuǎn)換器輸入10000000，如果電壓比較器：vin > vn( vn為片內(nèi)的d/a轉(zhuǎn)換輸出，vin為a/d轉(zhuǎn)換器的輸入電壓)，則n位寄存器的第一位置1；(若vin < vn，則寄存器首位寫0)；再向d/a轉(zhuǎn)換輸入1100 0000(首位寫0時，輸入0111 1111)，若vin > vn則寄存器第二位置1(若vin <

20、 vn，則寫0)；再向d/a轉(zhuǎn)換輸入1110 0000(或0011 1111)，若vin > vn則寄存器第三位置1(若小于，則寫0)；順次執(zhí)行，直至寄存器第8位賦值結(jié)束，控制邏輯監(jiān)測到比較放大器進行8次后，eoc輸入信號，a/d轉(zhuǎn)換器將結(jié)果輸出至d0d9。clk：芯片時鐘輸入。3.3 1602lcd液晶顯示屏lcd1602是低功耗顯示屏、能顯示32位比較清晰美觀的字體，優(yōu)點突出，在電子產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。在proteus中字符型液晶有im016l、m017l、m018l、m020l等，這些都是并行操作的led。本設(shè)計用lcd1602輸出信息采用lcd1602顯示16*2模塊。和led顯示屏相

21、比較，lcd液晶顯示屏小巧、耗電壓低、無輻射等特點。lcd1602第一行的首地址指令是80h（ox80），第二行首地址指令是c0h（oxc0）。lcd1602主要技術(shù)參數(shù)顯示容量為16×2個字符；芯片工作電壓為4.55.5v；工作電流為2.0ma（5.0v）；工作電壓為5.0v。lcd1602的引腳說明lcd1602采用14腳接口，其中:第1腳：vss 地電源；第2腳：vdd 電源正極；第3腳：v0 液晶顯示對比調(diào)節(jié)；第4腳：數(shù)據(jù)/命令選擇端；第5腳：r/w讀寫選擇端第6腳：e 使能端第7-14腳：數(shù)據(jù)第15-16腳：空腳控制指令說明表3 控制命令表序號指令rsr/wd7d6d5d4

22、d3d2d1d01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到cgra或ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從cgram或ddram讀數(shù)11讀 出的數(shù)據(jù)內(nèi)容3.4 夏普粉塵傳感器gp2y1010au0f灰傳感器gp2y1010au是日本夏普公司生產(chǎn)的。該傳感器將pm2.5粒子與其他懸浮顆粒分離，內(nèi)置氣流發(fā)生器將空

23、氣吸入進風口，傳感器檢測單位體積粒子的個數(shù)。其內(nèi)部的紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管可以探尋到空氣中塵埃的反射光，像煙霧顆粒等細小顆粒也是可以被檢測到的。該傳感器具有小型化，耗電流低，免維護，壽命長，檢測精度高等特點通。常應(yīng)用在空氣凈化系統(tǒng)中?？梢詸z測室內(nèi)環(huán)境中煙霧、粉塵等濃度。該傳感器的輸出值與粉塵濃度值成正比。圖7 夏普灰塵傳感器gp2y1010au0f圖8 傳感器內(nèi)部圖應(yīng)用領(lǐng)域：1、空氣凈化器；2、空調(diào)；3、空氣質(zhì)量監(jiān)控儀；4、空調(diào)等相關(guān)產(chǎn)品。主要參數(shù)：靈敏度：0.5v/(0.1mg/m3)(typ)消耗電流：11ma工作溫度：-1065存儲溫度：-20804 硬件電路設(shè)計4.1 單片機最小

24、系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)就是單片機正常工作的最低配置。對51系列單片機來說，最小系統(tǒng)組成模塊： 復位系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、電源系統(tǒng)時鐘電路:xtal1 和xtal2 是獨立的輸入、輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，圖3中采用的是內(nèi)時鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在xtal1、xtal2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩12。圖9時鐘電路圖復位電路:在單片機系統(tǒng)中,復當程序不能正常運行或死機就需要進行復位。復位操作有上電自動復位和開關(guān)復位兩種基本形式 。圖10 復位電路圖為防止讀取數(shù)據(jù)出錯，外接上拉電阻。圖11 p0口外接上拉電阻4

25、.2 粉塵傳感器電路設(shè)計圖12 粉塵傳感器gp2y1010au中管腳圖13 對應(yīng)管腳圖14 粉塵傳感器電路圖粉塵傳感器gp2y1010au通過對空氣粉塵顆粒濃度的檢測輸出模擬電壓，其顯示值和粉塵的濃度是成正比的。用可變電阻設(shè)計的局部限壓電路代替?zhèn)鞲衅鳎?5 仿真原理圖4.3 a/d轉(zhuǎn)換a/d轉(zhuǎn)換器顯示將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量圖16 封裝機管腳說明圖cs_：片選使能，低電平芯片使能； ch0：模擬輸入通道 0，或作為 in+/-使用； ch1：模擬輸入通道 1，或作為 in+/-使用；gnd：接地； di：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制14。a/d轉(zhuǎn)換參數(shù)；分辨率；誤差轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換時間；圖17 電路設(shè)計圖

26、4.4 lcd顯示模塊設(shè)計lcd1602顯示器可以直觀的顯示當前空氣中粉塵濃度、實時了解報警器工作情況，故在電路中加入液晶顯示器，顯示當前粉塵濃度和預警濃度。圖18根據(jù)各管腳的功能電路設(shè)計圖19 仿真電路圖4.5 按鍵電路使用單片機的p3.3，p3.4，p3.5三個口。圖20 按鍵電路4.6 報警電路報警電路的控制輸出，使用單片機的p3.6口：圖21 報警電路4.7 污染級別提醒電路和程序下載電路本設(shè)計提醒電路，使用如圖示三個口。不同的濃度值對用不同色的燈光顏色。圖22 污染級別提醒電路單片機下載電路設(shè)計：圖23程序下載電路5 程序設(shè)計及軟件應(yīng)用主程序代碼：/*主函數(shù)*/void main(v

27、oid)inittimer(); /初始化定時器led=1;led2=1;led3=1;led4=1;beep=0;lcd_init(); /初始化顯示delay1ms(100);lcd_init(); /初始化顯示delay1ms(100);while(1)checkkey(); /按鍵檢測if(set_st=0)wr_com(0x0c);if(flagstart=1) /1次數(shù)據(jù)采集完成num+;adc_getnum=abc;if(num>9)num=0;dust=error_correct(adc_get,10);/求取10次ad采樣的值dust_value=(dust/256.0

28、)*5000;/轉(zhuǎn)化成電壓值mvdust_value=dust_value*0.17-0.1; /固體懸浮顆粒濃度計算 y=0.17*x-0.1 x-采樣電壓vif(dust_value<0)dust_value=0;if(dust_value>760)dust_value=760;/限位dust=(uint)dust_value;tl0 = (65536-10000)/256;th0 = (65536-10000)%256;tr0 = 1; /開啟定時器0ea = 1;flagstart=0;alarm(); /報警檢測disp(dust); /顯示粉塵濃度值baojing();

29、 /顯示報警值if(set_st=1) /報警值閃動wr_com(0xca);wr_com(0x0d);delay1ms(150);/*end*/圖24 主程序框圖5.2 主要子函數(shù)的設(shè)計除主程序外，為方便主程序調(diào)用，程序設(shè)計中還定義了一些函數(shù)，主要有液晶初始化程序，按鍵檢測函數(shù)，顯示函數(shù)，報警顯示，a/d轉(zhuǎn)換函數(shù)，中值濾波等。函數(shù)的調(diào)用方式有；函數(shù)語句；函數(shù)表達式；函數(shù)參數(shù)。表4表5表6 脈沖圖25 adc0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程圖實際程序設(shè)計代碼為：/*ad0832轉(zhuǎn)換程序*/uchar adc0832(bit mode,bit channel) /ad轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果uchar i,da

30、t,ndat;adcs = 0;/拉低cs端_nop_();_nop_();addi = 1;/第1個下降沿為高電平adclk = 1;/拉高clk端_nop_();_nop_();adclk = 0;/拉低clk端,形成下降沿1_nop_();_nop_();addi = mode;/低電平為差分模式，高電平為單通道模式。adclk = 1;/拉高clk端_nop_();_nop_();adclk = 0;/拉低clk端,形成下降沿2_nop_();_nop_();addi = channel;/低電平為ch0，高電平為ch1adclk = 1;/拉高clk端_nop_();_nop_();

31、adclk = 0;/拉低clk端,形成下降沿3addi = 1;/控制命令結(jié)束(經(jīng)試驗必需)dat = 0;/下面開始讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，從最高位開始依次輸出（d7d0）for(i = 0;i < 8;i+)dat = 1;adclk=1;/拉高時鐘端_nop_();_nop_();adclk=0;/拉低時鐘端形成一次時鐘脈沖_nop_();_nop_();dat |= addo;ndat = 0; /記錄d0if(addo = 1)ndat |= 0x80;/下面開始繼續(xù)讀取反序的數(shù)據(jù)（從d1到d7）for(i = 0;i 7;i+)ndat >>= 1;adclk = 1

32、;/拉高時鐘端_nop_();_nop_();adclk=0;/拉低時鐘端形成一次時鐘脈沖_nop_();_nop_();if(addo=1)ndat |= 0x80;adcs=1;/拉高cs端,結(jié)束轉(zhuǎn)換adclk=0;/拉低clk端addi=1;/拉高數(shù)據(jù)端,回到初始狀態(tài)if(dat=ndat)return(dat);elsereturn 0;5.3 keil c51的應(yīng)用keil c51是美國keil software公司出品的軟件，集編程和仿真于一體。51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編語言比較，c語言在性能、結(jié)構(gòu)性、可維護性上有著教為顯著的亮點，使用和學習都非常的簡單，適合每個

33、階段開發(fā)人員。而且，keil c51生成的目標代碼語句緊湊，而且速度很快。本設(shè)計采用c語言編寫程序，程序直觀、易懂，同時也方便于后期調(diào)試修改。keil c51開發(fā)系統(tǒng)使用圖26 keil_c軟件界5.4 proteus仿真我們知道的電路原理圖繪制類軟件有很多種，常用的有protel 99se、multism、proteus、dxp2000等。用c語言程序，編譯好后 ，立即進行硬件系統(tǒng)聯(lián)合仿真。仿真成功后，直接單擊ares圖標就可以進行系統(tǒng)pcb板設(shè)計，同時還能夠生成多種格式的網(wǎng)絡(luò)表文件，提供給人們pcb設(shè)計軟件調(diào)用，方便后續(xù)pcb的設(shè)計與制造。其處理器模型支持8051、pic、avr、msp4

34、30和dsp等更高級的arm仿真，同時也支持iar、keil和mplab等多種編譯器。本設(shè)計采用的是proteus軟件來進行原理圖繪制與仿真，它能最大限度地模擬煤氣報警器各單元的功能，效果直觀，調(diào)試方便。電路原理圖設(shè)計：proteus 雖是在計算機上運行的虛擬環(huán)境，但是使用 proteus開發(fā)單片機系統(tǒng)同樣應(yīng)遵循其開發(fā)步驟和軟、硬件設(shè)計方法。1.電路原理圖方案確定；2.設(shè)置界面環(huán)境；3.添加元器件；4.元器件連接；5.檢查調(diào)整；6.仿真驗證；7.建立網(wǎng)絡(luò)表；8.存盤并輸出報表。圖27 主界面28 仿真圖5.5 仿真與調(diào)試用keil 5進行程序的編寫,寫好以后對程序進行編譯調(diào)試，等到把最終編寫好

35、的程序運行調(diào)試成功后，根據(jù)要求后生成相應(yīng)的hex文件16，將hex文件添加到proteus的dsn仿真圖中的51單片機內(nèi)進行仿真。最后進行proteus仿真運行，點擊運行按鍵，對不同場景進行檢測，觀察報警器系統(tǒng)，記錄檢測數(shù)據(jù)。最后進行實物的焊接、調(diào)試，最終可以滿足設(shè)計需求。6 設(shè)計的應(yīng)用及相關(guān)實驗生活中因為我們經(jīng)常說霧霾這個詞，所以導致很多人以為霧就是霾，其實不然。霧和霾是兩種完全不同的天氣狀態(tài)。霧的主要成分是水蒸氣，單純的霧是正常的氣候?qū)θ梭w是沒有傷害的。霾則不同，霾又稱為陰霾、灰霾，他的主要成分并不是水蒸氣，而是由許多的不明的煙、塵等微粒組成的，是一種氣溶膠顆粒。霾是對人體有特大傷害的，當

36、吸入霧霾或者長期生活在霾的環(huán)境中，容易引起呼吸系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、血液系統(tǒng)疾病等等各種各樣的疾病。霧和霾主要有六點不同，分別是能見度范圍不同、相對濕度不同、厚度不同、邊界特征不同、顏色不同、日變化不同?！凹氼w粒物”。大氣中的顆粒物、氣體污染物和氣候變化是霧霾發(fā)生的主要原因。在霧霾天氣里，空氣相對濕度大、風速小、多靜風，不利于污染物擴散；而污染物累積，濃度增大，又加重霧霾。霧霾產(chǎn)生的原因有自然和人為兩類。自然源包括海鹽，風揚微塵等；自然界中的災害事件，如沙塵暴，森林火災以及隕石進入地球分解所形成的物質(zhì)都會將大量細顆粒物輸送到大氣層中；還與氣候條件有關(guān)，如持續(xù)的高溫靜穩(wěn)氣象條件，有導致氣態(tài)污

37、染物轉(zhuǎn)向顆粒物，以及顆粒物的吸濕增長等，加重pm2.5濃度水平。人為源，有煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒。如，家庭燒煤碳取暖做飯；各種工業(yè)過程中煤排放的煙塵；各類交通工具行駛過程中排放的尾氣。大氣中諸如二氧化硫和氮的氧化物等氣體的轉(zhuǎn)化可產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的顆粒。這些污染物主要還是由于垃圾、秸稈的焚燒，汽車尾氣排放等造成的。隨著傳統(tǒng)城市和工業(yè)活動中煤和焦炭燃燒是所產(chǎn)生的煙和其它顆粒物質(zhì)的污染，同時也發(fā)生了氣體的污染。在凈化空氣行動之前，煙主要是由家庭火爐產(chǎn)生的；同樣污染嚴重的還有，小汽車、卡車、飛機用油的燃燒以及石油化工業(yè)；在室內(nèi)，吸煙不完全燃燒產(chǎn)生的顆粒物。吸高品質(zhì)香煙，對人體以及環(huán)境危害并沒有降

38、低；還有紙張燃燒、焚香及燃燒蚊香。大氣化學反應(yīng)：除自然、人為外，化學反應(yīng)生成6.3 設(shè)計主要用途及應(yīng)用的場景6.3.1 主要用途本設(shè)計主要可用于用于生活環(huán)境中pm2.5的檢測，設(shè)置一個預警范圍，直觀的反應(yīng)當前的空氣中細顆粒物的含量。6.3.2 應(yīng)用場景家里，公司，學校，動車飛機等禁止吸煙的場合，空調(diào)和通風口處監(jiān)測，氣人流量大的馬路口，公園，氣象臺等6.4 應(yīng)用設(shè)計進行的相關(guān)實驗及結(jié)論分析日期7：0012:3020:00平均表8 東湖公園檢測測（單位：毫克/立方米）時間/地點7：0012:3020:00平均表9 路口檢測（單位：毫克/立方米）時間/地點7：0012:3020:00平均表10 常見

39、生活場景檢測（單位：毫克/立方米）6.4.1 檢測分析表8可以看出，樹木植被覆蓋的大面積覆蓋有利于空氣質(zhì)量較為清新。周末的公園的車流量和人流量都較多，但記錄的數(shù)據(jù)顯示，晚上pm2.5值開始下降，說明了植被的大面積覆蓋有助于凈化空氣。表9的兩個地方主要是車流量不同，后者車流量大，同時，數(shù)據(jù)顯示的pm2.5數(shù)值也比前面的地方高，兩個地方的早晚都出現(xiàn)數(shù)值高峰，可能是由于早高峰晚高峰引起的。表10對我們的日常生活的地方進行監(jiān)測，檢測結(jié)果良好。治理方法：完善氣象觀測系統(tǒng)、建立霧霾天氣預測系統(tǒng)；多植樹；減少機動車和機動車安裝尾氣處理器；開發(fā)新能源；控制源頭，監(jiān)督工廠排放；加強宣傳教育等生活應(yīng)對霧霾方法：1

40、、霧霾天氣減少開窗，2、外出戴專業(yè)防塵口罩，或者盡量減少出門；3、多食清肺的食物，多喝清肺的茶飲；4、補充維生素d ；5、飲食清淡；7、減少吸煙甚至不吸煙15。總結(jié)從全世界范圍來看，伴隨城市化進程的加快，部分國家的大型城市都曾因工業(yè)發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、交通以及生活方式等遇到過霧霾等空氣污染問題。如今，中國的許多城市特別是東部沿海發(fā)達城市，由于氣候、工業(yè)、認為等因素造成霧霾現(xiàn)象更為嚴重。空氣的污染對人體健康的眾多方面產(chǎn)生直接和巨大的影響，因此，應(yīng)用所學的知識，制作一個經(jīng)濟，簡單pm2.5濃度檢測儀，檢測空氣中的pm2.5，直觀的反映周圍的空氣質(zhì)量，從個人角度緩解環(huán)境的壓力本次設(shè)計的空氣質(zhì)量檢測儀通過

41、灰塵傳感器采集空氣中pm2.5，經(jīng)過單片機處理后在lcd液晶上顯示pm2.5濃度值1，設(shè)置一個報警值，當檢測濃度值超過報警值后，蜂鳴器自動報警，并且根據(jù)濃度值范圍亮起相應(yīng)的燈。在本設(shè)計中，主要的難點在于對傳感器原理的理解、c語音編程及燒錄，實物的測試。通過查閱專業(yè)課本以及網(wǎng)上搜索相關(guān)的資料制作出本次設(shè)計的空氣質(zhì)量檢測儀。而且對于資料理解極其重要，非常的鍛煉獨自學習、設(shè)計能力。當然在設(shè)計完成后，從目的性、現(xiàn)實性、實用性出發(fā)，在不同的時間段，對宿舍，校園，馬路上等地方進行了反復測驗。同時也對pm2.5的產(chǎn)生有了更加具體的了解。參考文獻1 劉少軍,王瑜瑜.基于單片機控制的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計j.

42、西安:西安航空職業(yè)技術(shù)學院,2015. (04)：117-120.2 王幸之,鐘愛琴.at89系列單片機原理與接口技術(shù)m.北京：北京航空航天大學出版社,2004. (02)：77-80.3 鄭鋒,王巧芝.51單片機應(yīng)用系統(tǒng)典型模塊開發(fā)大全m.北京:中國鐵道出版社,2011. (03)：57-61.4 林喆,孫清,于瑩瑩.基于st c 89c 52 的單片機開發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計j.電大理工，2011. (05)：86-885 李全利.單片機原理及應(yīng)用技術(shù)m.北京：高等教育出版社,2009. (02)：77-80.6 羅亞萍.基于at89s52單片機的室內(nèi)有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)m.山西電子技術(shù),2011

43、. (04)：88-90.7 范紅剛,魏學海.51單片機自學筆記m.北京：北京航空航天大學出版社,2010. (04)：58-618 楊將新,李華軍.單片機程序設(shè)計及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實踐m.北京.機械工業(yè)出版社,2006. (03)：52-54.9 李維提,郭強.液晶顯示應(yīng)用技術(shù)m.北京：電子工業(yè)出版社,2006.1510周鴻武.基于單片機的酒精濃度檢測儀設(shè)計j.制造業(yè)自動化,2012. (04)：85-87.11郭文川.mcs-51單片機原理、接口及應(yīng)用m.北京：電子工業(yè)出版社,2013.12王嘯東.pm2.5粉塵顆粒檢測儀的研制m.電子世界,2013.13萬松峰.基于51單片機的pcb在線測試

44、儀的設(shè)計j.科技風,2013.14李建榮.基于單片機的酒精濃度檢測儀的設(shè)計j.南通紡織職業(yè)技術(shù)學院學報,2013. (03)：55-56.15龔大寧,馬善恒。植物為何總會追逐太陽生長j.中文科技,2014. (03)：112-114.16熊娟,張思維.基于keil的單片機實驗項目研究j.銅仁學院學報,2014，(04)：87-90.附錄附錄1 原理圖附錄2 源程序#include <at89x52.h>#include intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義sbit rs=p25;

45、/液晶接口sbit rw=p26;sbit en=p27;sbit led1 = p23;/指示燈接口sbit led2 = p20;/綠燈接口sbit led3 = p21;/黃燈接口sbit led4 = p22;/紅燈接口sbit led = p11;/粉塵傳感器控制接口sbit adcs = p14;/ad0832接口sbit adclk = p10;sbit addi = p12;sbit addo = p1 2;sbit set= p33;/按鍵接口sbit add= p34;sbit dec= p35;sbit beep=p36;/蜂鳴器接口uchar set_st;uchar

46、tab4;uint dust_set=35; /固體顆粒的閾值bit shanshuo_st; /閃爍間隔標志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標志uchar x=4; /計數(shù)器/定義標識uchar flagstart = 0;float dust_value;uint dust;uchar num=0;uchar mm;uchar abc;uchar adc_get10=0; /定義ad采樣數(shù)組uchar str5=0;/*初始化定時器0*/void inittimer(void)tmod = 0x01;tl0 = (65536-10000)/256; /定時10msth0 = (655

47、36-10000)%256;tr0 = 1;et0 = 1;ea = 1;/*lcd1602程序*/void delay1ms(uint ms)/延時1毫秒（不夠精確的） uint i,j;for(i=0;i<ms;i+)for(j=0;j100;j+);unsigned char rolmove(unsigned char m)unsigned char a,b,c,d,e,f,g,h;a=(m&0x01)7;b=(m&0x02)5;c=(m&0x04)3;d=(m&0x08)1;e=(m&0x10)>>1;f=(m&0x20

48、)>>3;g=(m&0x40)>>5;h=(m&0x80)>>7;m=a|b|c|d|e|f|g|h;return m;void wr_com(uchar com)/寫指令/ delay1ms(1);rs=0;rw=0;en=0;p0=rolmove(com);delay1ms(1);en=1;delay1ms(1);en=0;void wr_dat(uchar dat)/寫數(shù)據(jù)/ delay1ms(1);rs=1;rw=0;en=0;p0=rolmove(dat);delay1ms(1);en=1;delay1ms(1);en=0;/*液晶

49、初始化*/void lcd_init()/初始化設(shè)置/delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);wr_com(0x80);wr_dat('p');/wr_com(0x81);wr_dat('m');/:wr_com(0x82);wr_dat('2');/wr_com(0x83);wr_dat('.')

50、;/:wr_com(0x84);wr_dat('5');/:wr_com(0x85);wr_dat(':');wr_com(0x8b);wr_dat('m');wr_com(0x8c);wr_dat('g');wr_com(0x8d);wr_dat('/');wr_com(0x8e);wr_dat('m');wr_com(0x8f);wr_dat('3');wr_com(0xc0);wr_dat('a');wr_com(0xc1);wr_dat('l'

51、);wr_com(0xc2);wr_dat('a');wr_com(0xc3);wr_dat('r');wr_com(0xc4);wr_dat('m');wr_com(0xc5);wr_dat(':');wr_com(0xcb);wr_dat('m');wr_com(0xcc);wr_dat('g');wr_com(0xcd);wr_dat('/');wr_com(0xce);wr_dat('m');wr_com(0xcf);wr_dat('3');/

52、*顯示函數(shù)*/uint temp;temp=data%10000;str0=temp/1000+0x30; /千位temp%=1000;str1='.'str2=temp/100+0x30;/百位temp%=100;str3=temp/10+0x30;/十位str4=temp%10+0x30;/個位wr_com(0x87);wr_dat(str0);wr_com(0x88);wr_dat(str1);wr_com(0x89);wr_dat(str2);wr_com(0x8a);wr_dat(str3);/*報警值顯示*/void baojing()wr_com(0xc7);wr

53、_dat(tab0+0x30);wr_com(0xc8);wr_dat(tab1);wr_com(0xc9);wr_dat(tab2+0x30);wr_com(0xca);wr_dat(tab3+0x30);/*延時子程序*/void delay(uint num)while( -num );/*按鍵檢測*/void checkkey()if(set=0)delay(2000);dowhile(set=0);set_st+;if(set_st>1)set_st=0;if(set_st=0)else if(set_st=1)if(dec=0)delay(2000);dowhile(dec=0);if(dust_set>0)dust_set-;if(dust_set=0)dust_set=0;if(add=0)delay(2000);dowhile(add=0);dust_set+;if(dust_set>80)dust_set=80;tab