PM2．5環(huán)境質(zhì)量檢測器設(shè)計(jì)

 由于時(shí)代的進(jìn)步和工業(yè)水平的進(jìn)步，人民的生活水平得到極大的提高，對于生活環(huán)境的質(zhì)量的要求日益提高，PM2.5這一指標(biāo)愈來愈受到大眾的關(guān)注。如果環(huán)境質(zhì)量的數(shù)據(jù)可以以一種便捷的方式2獲取，人們便可根據(jù)所顯示的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)所處環(huán)境的質(zhì)量，以達(dá)到最佳的居住環(huán)境;生產(chǎn)中也可通過該系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)來控制得到安全的生產(chǎn)環(huán)境，這無疑是未來的發(fā)展方向，本文主要介紹一種便捷地測試環(huán)境中PM2.5含量的檢測器設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)思路：信息采集→信息處理→信息顯示/報(bào)警。其主要模塊為單片機(jī)、溫濕度采集、粉塵傳感器、蜂鳴器報(bào)警、電源等模塊。單片機(jī)與溫濕度傳感器DHT11和粉塵傳感器DSM501構(gòu)成數(shù)字量采集系統(tǒng)，將采集到送入單片機(jī)處理，并將處理后的數(shù)據(jù)用液晶顯示器LCD1602呈現(xiàn)出來。它可實(shí)現(xiàn)如下功能：隨時(shí)設(shè)定報(bào)警的閾值;實(shí)時(shí)、快速檢測空氣

中溫濕度及粉塵濃度(即PM2.5濃度);當(dāng)濃度超出報(bào)警閾值時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警。系統(tǒng)硬件連接關(guān)系如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

1)單片機(jī)電路

該系統(tǒng)采用STC12系列的單片機(jī)，用它作為該系統(tǒng)的控制芯片。

2)電源電路

利用AC—DC線性電源給整個(gè)系統(tǒng)供電。AC—DC電源將220 V的的市電轉(zhuǎn)換為5 V/1 A的直流穩(wěn)壓電，該電源調(diào)整速度快、紋波小、干擾小。

3)溫濕度傳感器電路

數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)輸出溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有卓越的長期穩(wěn)定性和極高的可靠性。傳感器包括一個(gè)NTC測溫元件和一個(gè)電阻式感濕元件，并與一個(gè)性能高的8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。

4)粉塵傳感器電路

灰塵傳感器DSM501可以感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉，房屋粉塵等，加熱自動(dòng)進(jìn)氣裝置，可調(diào)電阻設(shè)置檢測灰塵的大小。采用與粒子計(jì)算器相同原理為基礎(chǔ)，檢測出單位體積粒子的絕對個(gè)數(shù)?？蓽y量1微米以上的微小粒子;體積小，重量輕，便于安裝;5 V的輸入電路，便于信號(hào)處理;內(nèi)藏氣流發(fā)生器，可以自行吸引外部大氣;保養(yǎng)簡單，可以長期保持傳感器的特性。

5)顯示電路

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用。具有80個(gè)字節(jié)的RAM，標(biāo)準(zhǔn)版社，1997的接口特性，適配M6800系列MPU的操作時(shí)序。模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易，像素尺寸小，分辨率高。

使用時(shí)，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連，P2口與LCD的控制線相連，其中，LCD1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫信號(hào)線，第6腳E為使能端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。因此在編寫軟件時(shí)需要做處理，使讀取正確。

6)報(bào)警電路

本系統(tǒng)中用聲音報(bào)警的方式，當(dāng)環(huán)境的溫濕度和粉塵含量超過預(yù)設(shè)值時(shí)，則會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音。

7)震蕩和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

圖8中S1、C1、R4、R4構(gòu)成復(fù)位電路。單片機(jī)在上電后可以從初始狀態(tài)工作，同時(shí)若在工作過程中出現(xiàn)問題則可以通過按鈕手動(dòng)復(fù)位。

圖9中C2、G1、C3構(gòu)成單片機(jī)的震蕩電路。本系統(tǒng)中由于單片機(jī)的內(nèi)部帶有震蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可。C2、C3兩個(gè)電容的目的是防止單片機(jī)自激。

3 軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)在完成一項(xiàng)工作時(shí)，必須按順序執(zhí)行各種操作。這些操作是程序設(shè)計(jì)人員用計(jì)算機(jī)所能夠接受的語言把解決問題的步驟事先描述好的，也就是事先編制好計(jì)算機(jī)程序，再由計(jì)算機(jī)去執(zhí)行。另外，一個(gè)有效率的控制系統(tǒng)還需要完善的算法，由算法繪制出相應(yīng)的流程圖，這樣根據(jù)流程圖編制軟件程序。

根據(jù)該檢測系統(tǒng)功能，系統(tǒng)軟件流程圖如圖10所示。

本次設(shè)計(jì)主要是能夠?qū)崟r(shí)顯示出當(dāng)前確切的溫濕度及粉塵含量。接通電源后將有一定緩沖時(shí)間，隨后向模塊發(fā)送命令，并接受模塊所發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)檢查校驗(yàn)后，通過LCD1602顯示，點(diǎn)陣顯示溫濕度及粉塵濃度，如果沒有特殊情況，LCD會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前檢測的環(huán)境數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)綜合利用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和LCD顯示等知識(shí)，完成了單片機(jī)控制的溫度、濕度和顯示裝置的設(shè)計(jì)。比較系統(tǒng)地介紹了軟硬件設(shè)計(jì)方法。利用單片機(jī)C語言完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。

1)把傳感器技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境溫度和濕度的數(shù)據(jù)采集和讀取。

2)利用LCD液晶的顯示技術(shù)完成了環(huán)境溫度、濕度及顯示電路的設(shè)計(jì)。

3)外接了蜂鳴器報(bào)警模塊，在超過設(shè)定溫濕度上下限時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

由于單片機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、開發(fā)簡便，因而在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、家電智能化等領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。本文介紹的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用性，但該系統(tǒng)還需要在智能化方面加以改進(jìn)。特別是在提高穩(wěn)定度和節(jié)省功耗等方面。