基于GSM模塊控制的PM2.5檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、    基于gsm模塊控制的pm2.5檢測(cè)儀設(shè)計(jì)    歐補(bǔ)文冉澤晨譚丙東【摘 要】本文介紹了一種以at89s52單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用gsm模塊的遠(yuǎn)程控制功能來設(shè)計(jì)的pm2.5檢測(cè)儀。首先介紹了對(duì)pm2.5檢測(cè)儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，然后給出了主要的系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主控電路、pm2.5檢測(cè)電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、gsm短信收發(fā)電路和液晶顯示電路，最后給出了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主流程圖?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)；pm2.5；gsm模塊0 引言隨著空氣質(zhì)量的惡化，陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多，危害現(xiàn)象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報(bào)，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”

2、。而霧霾主要由pm2.5、pm10、pm0.1以及重金屬鎳砷鉻鉛等顆粒組成。但pm2.5與較粗的大氣顆粒物相比，粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響更大。嚴(yán)重時(shí)還可能誘發(fā)人體產(chǎn)生病變，進(jìn)而患上癌癥1。所以，對(duì)pm2.5的監(jiān)測(cè)顯得越來越重要。1 pm2.5檢測(cè)儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為主控芯片，利用pm2.5傳感器實(shí)時(shí)采集pm2.5濃度；再通過gsm模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和控制；用戶通過基于安卓的移動(dòng)終端設(shè)備給gsm模塊發(fā)送控制指令查看當(dāng)前pm2.5濃度，用戶終端可以通過短信的形式接收到現(xiàn)場發(fā)回的pm2.5濃度值，同時(shí)

3、可以設(shè)置pm2.5濃度超標(biāo)報(bào)警值，若超過預(yù)警值，gsm模塊可向現(xiàn)場發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令開啟控制設(shè)備，來調(diào)節(jié)pm2.5的濃度值。pm2.5檢測(cè)儀上帶有顯示液晶屏，可以顯示當(dāng)前pm2.5濃度值和移動(dòng)終端發(fā)送過來的信息。2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 主控電路主控電路如圖1所示，51單片機(jī)采用at89s52芯片，通過pm2.5檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場pm2.5濃度，將濃度值經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并在液晶顯示屏lcd1602上顯示測(cè)得的濃度值，且可通過gsm模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備上。另外，在單片機(jī)構(gòu)成的主控板上設(shè)置發(fā)送指令按鍵，可以手工操作給移動(dòng)終端發(fā)送相關(guān)指令，也可以手動(dòng)開啟控制設(shè)備。圖1

4、 基于gsm模塊控制的pm2.5檢測(cè)儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.2 pm2.5檢測(cè)電路pm2.5傳感器采用夏普gp2y1010au0f，此傳感器是一款光學(xué)灰塵濃度檢測(cè)傳感器，其內(nèi)部對(duì)角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管2，利用光敏原理來工作。用于檢測(cè)特別細(xì)微的顆粒，如香煙顆粒、細(xì)微灰塵。依靠輸出脈沖的高度來判斷顆粒濃度。pm2.5檢測(cè)電路如圖2所示。圖2 pm2.5檢測(cè)電路2.3 a/d轉(zhuǎn)換電路利用adc0832構(gòu)成的a/d轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，adc0832為8位分辨率 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0

5、5v之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)3。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過芯片的5腳作為數(shù)據(jù)的分時(shí)輸入、輸出端，與單片機(jī)的p1.2連接，單片機(jī)可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。圖3 a/d轉(zhuǎn)換電路2.4 gsm短信收發(fā)電路gsm短信收發(fā)電路采用sim900a作為控制核心，加以外圍輔助電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)短信的收發(fā)功能，gsm電路圖如圖4所示。其中u7為sim900a核心模塊，它支持tcp/ip協(xié)議和gsm/gprs 900、1800mhz兩種工作頻段，并提供at命令編程功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同格式數(shù)據(jù)包的無線收、發(fā)4

6、。j6為sma天線接口，用于接棒狀天線，key1為開機(jī)啟動(dòng)按鍵，模塊也可以通過軟件程序啟動(dòng)，sim-pkey接單片機(jī)io口，即可通過高低電平來控制模塊的開啟，led1為模塊工作電源指示燈，led2為開機(jī)信號(hào)指示燈，當(dāng)按下開機(jī)鍵后，led2以較高的閃爍頻率閃爍，當(dāng)搜索到移動(dòng)基站信號(hào)后led2會(huì)改變閃爍頻率，當(dāng)我們看到led2以亮60ms滅3000ms的頻率閃爍的時(shí)候代表模塊已經(jīng)啟動(dòng)正常，可以正常收發(fā)短信了或者撥打電話了。u8為sim卡接口，j5為外接單片機(jī)的引腳端口，用于和單片機(jī)控制部分相連接。2.5 液晶顯示電路lcd顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與led顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的

7、信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用lcd1602作為顯示器件輸出信息。lcd1602液晶顯示模塊可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5v電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比5。由lcd1602構(gòu)成的液晶顯示電路如圖5，通過該電路可以顯示pm2.5的檢測(cè)值和接收到的移動(dòng)終端的信息。圖5 液晶顯示電路3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化模塊、驅(qū)動(dòng)傳感器模塊，a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，pm2.5數(shù)值計(jì)算和顯示等模塊，各個(gè)模塊都有不可磨滅的作用，單片機(jī)at89s52通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的控制、測(cè)量，并通過lcd顯

8、示出來pm2.5的值，如果超過預(yù)設(shè)的報(bào)警值，則會(huì)啟動(dòng)控制設(shè)備或者發(fā)送信息給移動(dòng)終端，也可以通過手動(dòng)按鍵的形式，以短信發(fā)送pm2.5濃度值到手機(jī)上或撥打電話。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主流程圖如圖6。圖6 系統(tǒng)的主流程圖4 結(jié)語隨著霧霾天氣的肆虐，我們有理由有必要采取一些措施來注意或調(diào)節(jié)我們身邊空氣的pm2.5，而本設(shè)計(jì)正是基于這點(diǎn)，應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，制作一個(gè)經(jīng)濟(jì)，簡單，實(shí)用的多功能pm2.5濃度檢測(cè)儀。在設(shè)計(jì)中通過gp2y1010au0f粉塵傳感器采集空氣中pm2.5的濃度值，經(jīng)過at89s52單片機(jī)處理后，在lcd1602液晶上顯示，并且可以使用gsm模塊將檢測(cè)到信息發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備上。另外設(shè)置一個(gè)報(bào)警值，檢測(cè)的pm2.5濃度值超過報(bào)警值后，可開啟控制設(shè)備。很好的達(dá)到了用較低的成本實(shí)現(xiàn)pm2.5檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)和將檢測(cè)數(shù)據(jù)無線傳輸至手機(jī)屏幕上，實(shí)時(shí)測(cè)數(shù)的目的?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1王寅，王卉.pm_（2.5）現(xiàn)狀及其檢測(cè)技術(shù)j.資源節(jié)約與環(huán)保，2014，12：139.2徐連成.基于單片機(jī)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)j.電子技術(shù)，2015，07：23-25.3杜洋.a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0832的應(yīng)用j.電子制作，2006，01：44-