检验系统毕业设计方案.doc

摘 要大气颗粒物污染对人类健康和生态环境导致了很大影响，这让人们逐渐注重起对细颗粒物PM2.5检测技术研究。本文阐述了PM2.5浓度检测五种办法，在对上述各办法分析总结基本上针对寻常生活中PM2.5污染检测实际需求，设计了一种PM2.5浓度检测方案。本设计通过GP2Y1010AU0F粉尘传感器采集周边环境空气中PM2.5浓度值，由ADC0832模数转换芯片将传感器输出模仿电压转信号转换成数字信号，并将数据传送给单片机STC89C52。单片机分析解决数据得到最后检测成果，将其显示在LCD1602液晶屏上。当检测到PM2.5浓度值不不大于预先设立PM2.5浓度值时，蜂鸣器和发光二极管发出声光报警。本论文对这些功能模块进行了设计，并制作电路实现了相应功能。通过进一步调试与集成，实现整个系统功能，达到检测目。核心词：PM2.5；粉尘传感器；检测系统AbstractThe pollution of ambient fine particulate matter has a great negative effect on human health and the ecological environment. It makes people gradually pay attention to the detection of PM2.5. In this paper，described five kinds of test methods of PM2.5. In terms of the actual demand of PM2.5 pollution detection in daily life，this paper puts forward a design of PM2.5 test system. This design uses the GP2Y1010AU0F dust sensor collected of PM2.5 concentrations. In addition，sensor analog quantity turn into digital quantity by ADC0832 and data is transmitted to the MCU. Single-chip microcomputer process data to get last detect result on the LCD screen. When the PM2.5 test concentration is detected is greater than the preset concentration，the buzzer and the light-emitting diode emit will sound and light alarm. In this paper，designed the function modules and realized the corresponding function by production circuit. Through further debugging and integration to achieve the function of the whole system，so as to achieve the purpose of detection.Key words：PM2.5；Dust Sensor；Detection System目 录摘要Abstract一 绪论1.1研究背景及意义1.2国内外研究现状1.3研究重要内容1.4本章小结二 系统总体方案设计2.1总体方案设计2.2系统硬件选型2.3本章小结三 硬件电路设计3.1主控制器模块3.2粉尘传感器模块3.3模数转换模块103.4液晶显示模块103.5电源模块.113.6按键模块.123.7报警模块.123.8本章小结12四 系统软件设计134.1程序功能分析134.2系统程序设计134.3本章小结16五 安装与调试175.1硬件安装175.2程序调试185.本章小结18六 结论与展望196.1结论196.1展望19道谢20参照文献21附录一 元器件清单附录二 源程序一 绪论1.1 研究背景及意义随着工业发展，各种新产品不断被制造出来，人们生活水平得到了很大提高。但是这些工业产品在生产、使用过程中导致污染却越来越严重。工厂排放工业废气，汽车排放尾气、燃烧产生烟雾、尚有诸多化学性爆炸等都可以导致大气污染。大气污染使得空气质量恶化，会导致阴霾天气频繁浮现，这种“不见天日”天气让人们感到深深地恐惊。从1952年伦敦杀人雾事件再到北京雾霾持续不散现象，无不透露出大气污染已产生了巨大危害。导致大气污染元凶就涉及本课题要研究对象PM2.5。虽然PM2.5在地球大气成分中含量很少，但它与空气中粗大颗粒物相比，富含更多有毒、有害物质并且在大气中停留时间长、输送距离远，对大气环境质量影响更大。因而，对PM2.5污染检测和治理便显得越来越重要。国内于1982年由国家环保局初次发布大气环境质量原则，但并未规定PM2.5安全阈值，随后在1996年、和进行了3次修订也没有针对PM2.5浓度限值做出修改。直到2月29日，环保部发布了新修订环境空气质量原则，才增设了细颗粒物（粒径2.5m）浓度限值。与新原则同步还实行了环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）1。PM2.5是指环境空气中空气动力学当量不大于等于2.5微米颗粒物，也称细颗粒物、可入肺颗粒物。PM2.5被吸入人体后会进入支气管和肺腔，干扰肺部气体互换，引起涉及哮喘、支气管炎和心脑血管病等方面疾病；这些细颗粒物还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中可溶性物质、有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康伤害更加大。通过对PM2.5浓度进行检测，得到一种现实可参照数据，让人们能很直观地懂得PM2.5污染严重限度。为了可以得到更精确、更科学检测成果，要对PM2.5检测技术进行研究谋求更先进检测技术。检测环境空气PM2.5是做好防止PM2.5污染第一步，也是为实行大气污染治理提供精确技术数据核心所在。对PM2.5进行科学、精确地检测，可以增强对大气PM2.5预测预警，将研究成果应用到各地，可以提高政府对公共事件指挥应急水平，减少对市民健康潜在危害，减少经济损失，增进社会稳定和谐，产生社会、经济和生态效应等。1.2 国内外研究现状对于PM2.5检测，国内国外都拥有各种成熟检测技术，涉及地面PM2.5检测技术、基于卫星遥感技术气溶胶光学厚度结合空间聚类分析预测PM2.5浓度等2。当前，在地面检测空气中PM2.5浓度惯用技术重要有5种，分别是重量法，压电晶体法，光散射法，射线法，微量振荡天平法。通过第一阶段比对测试工作，中华人民共和国环境检测总站开展比对测试已获得一定成果，并提出可满足国内自动检测需要PM2.5检测办法及其采用有关仪器核心技术指标规定。所提三种PM2.5自动检测办法为：微量振荡天平仪器加膜动态测量系统（TEOM+FDMS）、射线办法仪器加动态加热系统（+DHS）、射线办法仪器加动态加热系统联用光散射法（+DHS+光散射）3。美国热电公司TEOM1405F、TEOM1405检测设备就是基于微量振荡天平技术开发；河北先河环保公司XHPM-E监测仪、武汉天虹公司THTM监测仪是运用射线法原理对PM2.5进行检测；美国热电5030-SHARP检测仪同步运用了射线法和光散射法原理。当前按照重量法设计采样设备也比较多，如中华人民共和国生产TH150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器（PR2300）、美国URG公司生产通用型大气污染物采样仪（URG3000k）、德国GRIMM分析仪等。这些采样仪器运用PTFE膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样，再采用称重办法计算颗粒物质量浓度。此外人们还设计了基于光散射法粉尘传感器来检测PM2.5浓度。空气中粉尘在暗室内受到激光发生器发出平行光照射时，粉尘散射光强度正比于质量浓度，该散射光通过光电转换器转换成光电流，经主控板光电流积分电路转换成与散射光强度成正比光电脉冲数。计算脉冲数即可测出粉尘相对质量浓度。如夏普灰尘传感器二代GP2Y1050AU，美国GE粉尘传感器SM-PWM-01A，SDC智能灰尘控制器等。基于逆压电效应QCM质量传感器也是人们研究重点。QCM传感器运用石英晶体作为敏感元件，其表面敏感薄膜吸附空气中颗粒物，石英晶体固有频率随吸附颗粒物质量变化而变化。对石英晶体施加交变电压，石英晶体产生振动，当振荡电路频率与石英晶体振动频率一致时产生共振，测量此时振荡电路频率就可得到空气中粉尘质量浓度。在实际应用中，由于气候条件、环境特性、污染源特点等差别，国外能正常使用仪器设备，在国内进行检测时却存在检测数据不稳定或偏差较大问题，如何改进进口设备性能，或者减少甚至消除对进口设备依赖是当前国内粉尘污染检测所面临问题。国内针对PM2.5检测仍处在起步阶段，需要继续开展大量基本工作，研制出符合国内国情检测技术和设备，增进建立完备PM2.5检测体系。1.3 研究重要内容通过查找关于PM2.5检测关于资料，分析对PM2.5浓度进行检测技术。如重量法、压电晶体法、光散射法、射线法、微量振荡天平法。分析每种办法原理和特点，并评价每种办法优缺陷。此外还简介了可以实现对PM2.5浓度进行检测粉尘传感器。针对寻常生活中对PM2.5污染检测实际需求，运用PM2.5检测传感器和单片机最小系统设计一种PM2.5浓度检测系统。系统功能应涉及：（1）采集PM2.5浓度；（2）模仿电压转换成数字信号；（3）单片机解决数据；（4）显示检测成果；（5）设定报警浓度限值。系统要用到硬件应涉及：（1）系统控制核心单片机；（2）采集装置粉尘传感器；（3）模数转换芯片；(4)液晶显示屏；（5）声光报警装置蜂鸣器和发光二极管。1.4 本章小结本章重要简介了本设计研究背景、意义、现状和研究重要内容。简朴来说就是人们正面对着PM2.5导致污染，迫切需要先进、可靠检测技术对PM2.5进行检测，本设计就是讨论如何设计一种PM2.5浓度检测系统。二 系统总体方案设计2.1 总体方案设计本设计要实现对PM2.5浓度检测系统设计。设计详细要满足对PM2.5浓度采集、对数据信号解决、对检测成果进行显示等。因而，先要选取适当检测办法，再选取适当采集装置、A/D转换芯片、单片机、显示屏等。分析既有对PM2.5进行检测技术，可以达到规定有5种检测办法，详细方案如下：方案一：重量法重量法是国标分析办法。这种办法原理是用一定切割特性采样器（切割器是依照气流中颗粒是沿流线偏转还是被挡板阻挡来分离不同粒径装置）抽取定量体积空气，把空气中PM2.5截留在滤膜上，再用天平进行滤膜称重，得到采样先后滤膜质量，就可计算出PM2.5浓度。这种办法长处在于测量直接、数据可靠，还可以用来对其她办法测量得到成果精确性进行验证。缺陷是人工工作量大，自动化限度低，不适合进行远距离检测，不能反映PM2.5质量浓度在短时间内变化。国产TH150系列智能中流量颗粒物采样器就是基于重量法设计而成5。方案二：微量振荡天平法微量振荡天平法重要是运用锥形原件微量天平原理。锥形原件粗头固定，细头装可以更换滤膜，采样气体通过锥形原件（粗头进，细头出），PM2.5被截留在滤膜上，锥形原件质量变化引起振荡频率变化。测出先后两个不同步刻振荡频率，就能计算出PM2.5质量浓度。微量振荡天平技术与重量法有良好一致性，还可以实现实时在线检测，但采样滤膜易受空气湿度影响。国内具备PM2.5自动检测能力都市有60%以上使用基于微量振荡天平法检测设备，美国生产TEOM1405系列颗粒物监测仪就是运用微量振荡天平技术制备6。方案三：射线吸取法射线吸取法运用了射线衰减原理。空气由采样器吸入采样管，通过滤膜后排出，PM2.5沉淀在滤膜上，当射线照射沉积了PM2.5滤膜时，射线能量衰减，依照衰减量就可求出PM2.5质量浓度。射线吸取法长处是检测成果不受细颗粒物物理、化学性质影响，只与其电子密度关于，测量成果较为精确，可以实时检测PM2.5浓度变化状况。该法缺陷是滤膜与细颗粒物易吸附空气中水分，容易对检测成果导致影响。国内具备PM2.5自动检测能力都市有30%左右使用设备是采用射线吸取法制备，美国METONBAM1020粒子检测器就是采用了射线吸取法原理对粒子进行检测7。方案四：压电晶体法压电晶体法检测PM2.5运用是压电晶体逆压电效应8。该技术采用石英晶体作为测量敏感元件，石英晶体表面敏感薄膜吸附空气中PM2.5，石英晶体固有频率随吸附质量变化而变化。对石英晶体施加交变电压，石英晶体产生振动，当振荡电路振动频率与石英晶体振动频率一致时产生共振，测量此时振荡电路振动频率就可得到石英晶体振荡频率，进而可求得PM2.5浓度。压电晶体法可实现实时在线检测，测量成果也较为精确，但因石英晶体对质量变化较为敏感，因而需保持良好清洁来减少测量浮现误差。QCM质量型传感器就是采用压电晶体法来实现对粉尘浓度检测。方案五：光散射法光散射法检测PM2.5浓度运用了细颗粒物有关性质和Mie散射理论。当光照射到悬浮在空气中细颗粒物上时，会产生散射光。在细颗粒物性质保持一定前提下，产生散射光强度与细颗粒物质量浓度成正比。通过光电倍增管将颗粒物散射光转换成光电流，再经光电流积分电路将光电流转换成电脉冲，通过测量单位时间脉冲数，就可以计算得到PM2.5浓度9。光散射法测量PM2.5质量浓度具备测量迅速、精确，检测敏捷度高，性能稳定等长处。但测量成果易受细颗粒物粒径构成、构造、折射性等因素影响。夏普粉尘传感器二代GP2Y1010AU就是采用光射法原理制备而成。通过对以上方案进行比较可以得出：重量法适合对各种办法检测成果精确性进行验证，若作为检测系统采集装置会显得很笨重；微量振荡天平技术和射线吸取法适合用在自动检测中，它们为达到高精度、高精确性，需要加载膜动态系统，本设计达不到这样技术规定，故而不选用；用压电晶体法来检测，此法检测精度较高，但基于压电晶体法QCM质量型传感器造价高，不适合伙为寻常检测设备；光散射法检测可以做到迅速、精确，并且设备性能较稳定，此外基于光散射各种传感器价格都比较实惠，基于以上考虑，本次设计选取方案五光散射法检测技术，在此基本上来选取适当采集装置。本设计总体方案设计思路是采用单片机和传感器技术相结合来实现对PM2.5浓度检测。详细设计是由粉尘传感器实时采集PM2.5浓度值，通过AD转换器将传感器输出模仿电压转换成数字信号，并传送给单片机进行数据解决，检测成果将显示在液晶屏上。当检测到PM2.5浓度值不不大于设立浓度限值时，发光二极管会亮同步蜂鸣器发出声响。PM2.5浓度报警值可以通过按键进行设立。系统总体构造框图如2-1所示：电源模块按键模块模数转换模块单片机显示模块粉尘传感器报警模块图2-1系统总体构造框图2.2 系统硬件选型2.2.1 主控制器本设计需要对传感器、显示屏、报警器等进行控制，让它们发挥各自功能，STC89C52单片机是一种功能很强8位微解决器，可以满足此规定。此外本设计预测要使用23个（不计复用）单片机引脚，STC89C52具备40个引脚也是可以满足需要。STC89C52内部程序空间多达8K，对于本设计而言也算是绰绰有余了，同步STC89C52单片机价格非常低廉，用于寻常应用非常适当。不论从功能、价格还是使用难易限度来说STC89C52都是适当选取。因而，本设计采用单片机STC89C52作为整个系统核心。2.2.2 采集装置本设计需要用采集装置来对周边环境中PM2.5浓度进行采集，采集装置工作状态要受单片机控制，此外采集装置工作电压最佳与电源电压、单片机工作电压相一致，性能上还要具备采集迅速，精确特点。GP2Y1010AU0F粉尘传感器可以完毕对PM2.5采集和输出模仿电压信号，其最优工作电压为5V，与电源电压一致。它采集周期不到0.01ms，检测成果也较为精确，此外它还具备辨别烟雾和灰尘功能10。因而，选用GP2Y1010AU0F传感器为本设计PM2.5采集装置。2.2.3 显示屏本设计准备显示测量实时数据，同步还需要设定PM2.5报警阈值，因而要选用能显示两行内容显示屏，第一行显示检测到PM2.5浓度值涉及“PM2.5、详细数值、单位g/m3”，第二行要显示预设定PM2.5浓度报警限值，显示详细内容与第一行相仿。液晶LCD可以显示数字、字母、符号等，满足本设计要显示内容。此外LCD还具备功耗小、体积小、使用以便，显示迅速，并且不需要外加驱动电路特点等，可以使本设计系统电路和程序设计简朴化。LCD1602液显能同步显示16x2即32个字符，可以提供清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等各种控制命令，很适合伙本次设计显示屏。因而，本设计采用液晶LCD1602进行显示。2.2.4 模数转换芯片本设计需要转换传感器输出0-5V模仿电压，ADC0832为8位辨别率A/D转换芯片，其最高辨别可达256级，当输入信号最大值为5V时，此AD可以区别信号最小电压为0.01953V，能满足对本次设计模仿电压转换规定。此外ADC0832转换时间仅为32us，转换速度快且稳定，并且本次设计对转换时间规定并不是很严格。此外ADC0832具备独立芯片使能输入，使得解决器控制起来很以便。因而，本设计选取ADC0832模数转换芯片来对传感器输出模仿电压信号进行转换。2.2.5 电源本设计采用单片机、传感器、A/D转换芯片、显示屏等都是在5V电压下正常工作，因此本设计采用输出电压为5VUSB数据线供电， USB供电具备持续且稳定电压输出性能，并且使用起来很以便。用5V蓄电池供电也是可取。2.2.6 按键本设计采用按键并不是太多，只有1个参数增长按键和1个参数减少按键，不会占用太多I/O口，因而采用独立式按键。每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口工作状态互不影响。这样可以使电路设计简朴、编程也相对比较容易。2.2.7 报警装置本设计报警系统由两某些构成，一是LED灯光报警，二是蜂鸣器声音报警。2.3 本章小结本章重要简介了PM2.5检测系统总体方案设计和重要硬件选取。采用5VUSB数据线供电；STC89C52单片机进行数据解决；GP2Y1010AU0F传感器采集PM2.5浓度值；ADC0832芯片进行模数转换；LCD1602进行数据显示；蜂鸣器和发光二极管进行声光报警。三 硬件电路设计3.1 主控制器模块主控制器模块采用单片机最小系统。单片机最小系统能让单片机正常工作和实现其功能。单片机具备体积轻、重量轻、功耗低、功能强、性价比高等特点，在本设计整个系统中起到了统筹作用，可以控制按键和接受传感器各种参数，同步还能驱动液晶显示有关数据。单片机最小系统由单片机、复位电路、时钟电路、输入/输出设备等构成。本设计选用单片机是STC89C52。STC89C52是STC公司生产一种8位微控制器，具备8K字节Flash程序存储器和512字节数据存储空间。共有40个引脚，4个八位并行I/O口，1个全双工串行口，5个中断源，2个优先级，3个十六位定期/计数器。STC89C52单片机时钟电路引脚为XTAL1 和XTAL2；控制信号引脚为RST，ALE，PSEN 和EA；输入/输出端口为P0，P1，P2和P311。复位电路拟定单片机工作起始状态，完毕单片机启动过程。当单片机系统在运营中，受到外界环境干扰浮现程序跑飞（运营不正常）或死机（停止运营）时，按下复位按钮内部程序自动从头开始执行。普通有自动复位和外部按键手动复位，本设计为编程简朴采用是外部手动按键复位。STC89C52 单片机P0端为开漏输出，内无上拉电阻。P0口在本设计中做输出用，为加大输出驱动能力加上拉电阻，本设计采用上拉电阻为4.7K排阻。与复位电路同样重要尚有时钟电路。时钟电路好比单片机心脏，它控制着单片机工作节奏。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一种正弦波信号作为基准，决定单片机执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出。本次设计外接石英晶体振荡器振荡频率为11.0592MHZ。STC89C52 单片机工作电压范畴为3.8V-5.5V,因此本设计给单片机外接5V直流电源。主控制模块系统电路如图3-1所示：图3-1 单片主控电路3.2 传感器模块传感器模块重要是采集PM2.5浓度并输出一种模仿量。本次设计采用粉尘传感器工作原理是单片机给传感器LED端输入一种脉冲信号，粉尘传感器内部NPN三极管驱动此传感器红外线发光二极管开始工作，发出检测光线。当检测光照射到粉尘上会发生折射。再由传感器内部光电晶体管采集经粉尘折射后检测光，转换成电压信号输入到A/D转换芯片中，经A/D转换芯片转换为数字信号传送给单片机。本设计选取是GP2Y1010AU0F粉尘传感器，它是一种采用光学传感系统粉尘传感器。该设备由红外线发光二极管和一种光电晶体管成对角布置而成。它可以有效地检测到像香烟、烟雾等非常细粒子，还可以通过脉冲模仿输出区别烟雾和灰尘。其接线端V-LED接电源正极，LED-GND端接地，接通这两个电源接口才干带动传感器内部发光二极管工作LED工作。LED端为串口数据输入端，Vo端为粉尘浓度模仿量输出端，S-GND接地，VCC接电源正极。GP2Y1010AU0F粉尘传感器插上电源1秒之内就会稳定，可以进行正常检出工作。检出办法是从输出电压来做鉴定。粒径较大粉尘输出电压体现为间隔、较高脉冲信号。细微粒子输出电压体现为持续、较高脉冲信号12。传感器第一脚接了一种220uF电解电容和150限流电阻。第三脚LED端接到单片机P32外部中断0口，传感器与否开始工作是通过单片机P32口与否给LED端输入一种脉冲信号来控制。第五脚Vo端是粉尘浓度模仿量输出脚，接在模数转换器ADC0832通道1上，传感器产生模仿电压就是通过这个口传送给ADC0832。第一脚和第二脚接电源正负极是给传感器内部发光LED供电。详细电路图如图3-2所示：图3-2 粉尘模块电路3.3 模数转换模块模数转换某些在单片机控制系统中重要用于数据采集。通过转换粉尘传感器输出电压信号提供PM2.5各种实时参数，以便单片机对PM2.5浓度进行检测。模数转换器是架设在单片机和传感器之间桥梁，在单片机控制系统中占有极为重要地位。本次设计采用ADC0832 ，它是一种8位辨别率A/D转换芯片，其最高辨别可达256级。其内部电源输入与参照电压复用，使得芯片模仿电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立芯片使能输入，使多器件挂接和解决器控制变更加以便13。ADC0832作为单通道模仿信号输入时输入电压是05V且8位辨别率时电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入输入时，可将电压值设定在某一种较大范畴之内，从而提高转换宽度。正常状况下ADC0832 与单片机接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同步有效并与单片机接口是双向，因此电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。因而ADC0832DO和DI都接单片机P10，DI端输入通道功能选取数据信号，D0端输出数据；时钟输入端CLK接单片机P11；使能端CS接单片机P12；通道一CH1端是与传感器模仿电压输出端相连。模数转换电路如图3-3所示：图3-3 A/D转换电路3.4 液晶显示模块单片机接受到数字信号后，通过运算解决，在液晶显示屏上面显示出最后检测成果。在单片机系统中液晶显示屏为重要显示屏件。液晶显示屏都是数字式，和单片机系统接口更加简朴可靠，操作更加以便。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，当前惯用16*1，16*2，20*2和40*2行等模块。本次设计采用是液晶LCD1602。字符型LCD1602显示容量为16*2个字符，芯片工作电压为4.55.5V。LCD1602液晶模块内部字符发生存储器已经存储了160个不同点阵字符图形，这些字符图数字、字母、惯用符号等，每一种字符均有一种固定代码14。液晶VL端为对比度调节端，接电源正极对比度最弱，接地对比度最高；RS端为寄存器选取，高电平时选取数据寄存器、低电平时选取指令寄存器；RW端为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作；E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；D0D7端为8位双向数据线端。液晶命令操作脚是RS、RW、EN，分别接在单片机P14、P15、P16脚。数据脚DB0DB7分别接单片机P00P07口。VOL端串联一种2K电阻接地，使液晶保持一种较高亮度。详细电路图如3-4所示：图3-4 液晶显示电路3.5 电源模块系统采用输出电压为5VUSB数据线为系统供电。电源接口电路如图3-5所示，其中DC 5V为电池接口，SW1为电源开关，R6为二极管限流电阻，POWER为电源批示灯，C5和C6为电源滤波电容，当电源电压浮现波动时电容充放电可以减小电源电压波动。图3-5 电源模块电路3.6 按键模块系统采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口工作状态互不影响。PM2.5浓度检测系统浓度报警限值可以通过按键进行设立。一种参数加键，一种参数减键。详细电路图如图3-6所示：图3-6按键模块电路图3.7 报警模块系统采用声光报警。由于单片机驱动局限性，因此本设计采用NPN型S8550三极管增长单片机驱动能力。当单片机P13口输出低电平时，三极管VEVBVC0，三极管发射结正偏，集电结反偏，三极管饱和导通，此时发光二极管和蜂鸣器发出声光报警。当单片机P13口输出高电平时，三极管截止，声光报警停止工作。详细电路图如图3-7所示：图3-7报警模块电路图3.8 本章小结本章依照已设计好系统方案和选定硬件设计了涉及单片机最小系统电路、传感器接口电路、A/D模块接口电路、液晶显示电路、电源接口电路、按键模块电路、声光报警电路系统电路原理图。四 系统软件设计4.1 程序功能分析本设计系统软件设计重要涉及对主程序，ADC0832转换子程序、LCD1602显示子程序和定期器0中断子程序设计。主程序重要负责浓度实时显示和报警装置报警；定期器0中断子程序负责驱动传感器工作；ADC0832转换子程序负责对传感器传送过来模仿信号进行转换，转换成数字信号；LCD1602显示子程序负责显示单片机解决分析过PM2.5浓度值。主程序调用了ADC0832转换子程序、LCD1602显示子程序、定期器0中断子程序。4.2 系统程序设计从系统要实现功能角度来看，主程序流程为：在完毕各某些初始化之后，采集模仿输出电压，再依照采集到电压值，通过拟共计算出PM2.5浓度值，显示在液晶上。拟合关系近似为y=0.5x+0.9（y为浓度值/mgm-3，x为模仿电压值/V）15。系统主程序流程图如4-1所示：图4-1系统主程序流程图系统初始化，所有I/O口都初始化为高电平，代码如下：P0=0xFF;P1=0xFF;P2=0xFF;P3=0xFF;本设计系统采用定期器0中断是为了驱动粉尘传感器，定期器0中断设定工作为方式1，每次进入中断后需要不断地重新赋值。在程序设计中，需要单片机产生周期为9ms脉宽为0.30ms脉冲来驱动传感器内部LED发光，并在0.28ms对信号进行采集。其流程图如图4-2所示：图4-2定期器0中断程序流程图定期器0中断函数赋初值，中断周期100us，代码如下： TH0=0xFF;TL0=0xA4;TR0=0;count_100us+;ADC0832重要作用就是把传感器输出模仿电压信号转换为数字信号，再由单片机解决。由于传感器采集是从传感器工作0.28ms之后开始，因而A/D转换也应在传感器工作0.28ms后开始。A/D转换开始后，开始选取转换通道，在DI端输入两位数据为“1、1”表达选取只对CH1进行单通道转换。A/D转换流程图如图4-3所示： 图4-3 A/D转换程序流程图ADC0832转换通道选取通道一，代码如下：Clk = 0;DATI = 1;_nop_();Clk = 1;_nop_();Clk = 0;DATI = 1;_nop_();Clk = 1;_nop_();液晶LCD1602显示一方面自定义字符库，设立好DDRAM地址后在第一行显示，依照程序中数据设立显示数据首地址并设立循环量，在循环过程中不断取字符代码直至终结，第二行显示过程与第一行显示过程同样，两行显示完毕便结束子程序。流程图如图4-4所示：图4-4液晶显示程序流程图4.3 本章小结本章重要简介了检测系统主程序及重要子程序设计，分别画出了它们流程图。程序编写是依照系统所要实现功能和所选取硬件来编写，是整个检测系统灵魂所在。五 安装与调试5.1 硬件安装本次设计先进行电路原理图设计，然后依照设计好电路原理图列出元器件清单，并依照清单买回了元器件。在安装元器件之前一方面检查了元器件好坏，把每个元器件都检查了一遍，保证它们都是可使用，这样防止了元件焊接好了才发现元器件自身是坏现象发生。在设计元器件在电路板上位置时，做到了每个元器件都可以放置在上面，并且还做到焊接以便，接线不重复。在焊接过程中先焊接是较低元件，再焊接才是较高元件。特别容易损坏元件是在最后焊接。在焊集成芯片时持续焊接时间都在5-8秒，没有超过10s，因此芯片都没有浮现烧坏问题，此外还特别注意了芯片安装方向，免除了在接通电路后烧坏芯片。此外还特别关注了开关、三极管接线，由于这些元器件接口较多，因而在接线时单独制作了接线图。尚有就是有元件需要分正负极，也是特别注意地方。由于检查懂得元器件自身不存在问题，那么导致硬件设备无法正常工作因素普通来说就是焊接了。焊接导致缺陷重要有如下几种：（1）焊锡连桥。即由于焊锡量过多使元器件之间发生短路现象。（2）冷焊。即焊接时焊锡没有充分地融化使焊锡产生疏松现象。（3）产生突尖。即焊接技术不够纯熟导致焊点表面形成尖锐突尖。（4）虚焊。即焊锡过少局限性以包裹焊点。焊接过程中依次排除了以上现象，最后成功焊接好了检测装置实物，如图5-1所示，（a）为正面，（b）为背面。ba图5-1检测装置实物图5.2 程序调试本次设计检测系统控制程序是采用C语言编写，对程序调试是通过keil C51软件进行。每次编写完程序，都要从头运营一次，若是浮现错误，软件系统会发出警示并显示错误浮现地方。依照箭头提示，在相应地方找出错误，改正后继续运营。重复这个环节直到编译器不提示程序还存在错误或者警示。把设计好程序烧入液晶显示程序，看显示屏与否正常显示。如果不正常，检测LCD1602液晶各引脚焊接状况，有无虚焊，短焊，错焊状况。显示正常之后，再加入粉尘检测程序，看粉尘检测与否正常。最后加入按键进行整机调试。最后程序调试成果如图5-2所示：图5-2程序调试成果图5.3 本章小结系统调试是设计过程中很重要一环，不论是程序编写还是硬件安装，只有不断发现问题，解决问题才干完善系统，做出合格检测系统。六 结论与展望6.1 结论本次设计完毕了设计之初所有规定，所设计检测系统简朴实用，适合大众对PM2.5浓度检测需要。最后完毕装置所使用材料价格低廉，检测装置简朴便携，操作精度较高，还具备浓度限值可调节长处。本设计是通过单片机与传感器技术相结合实现了对PM2.5浓度检测。本次设计用单片机STC89C52作为控制中心，传感器GP2Yl010AU0F采集颗粒物浓度，转换芯片ADC0832进行模数转换，液晶LCD1602进行成果显示，发光二极管和蜂鸣进行声光报警，按键设定报警浓度最大限值。通过这次设计将单片机与传感器技术应用在检测环境质量上，提示人们做出相应安全防护办法，改进当前环境状况，是一件非常故意义事。通过本次设计我自身能力也得到了很大提高，学到了不少课本上没有知识，同步也锻炼了自己动手能力，将此前学过零散知识串到一起，完毕了理论与实践结合。本次设计重要涉及硬件和软件两方面内容，通过不懈努力，我对51系单片机接口知识有了更深层次理解，熟悉了单片机惯用外围电路引脚和连接办法，如液晶、按键、传感器等。总之本次设计让我学会了分析问题解决问题能力，加深了对所学理论知识理解和运用。6.2 展望本次设计只完毕了针对寻常生活中对PM2.5检测需要检测系统，仅仅实现了超过安全浓度值就会报警功能，功能比较单调。一款成熟PM2.5检测装置应当具备更多功能，不但可以检测PM2.5还可以检测PM10，甚至可以外带实现对温度湿度检测；此外也不能只有报警这样简答功能，如果检测到超过浓度限值会联网打开空气净化器开关，进行空气净化，在不知不觉之间就给人们省了不少精力。PM2.5检测技术还在不断发展，将来将会有更科学更精准检测系统被设计出来。将来PM2.5检测装置会朝着精度高、易操作、体积小、易携带、价格低、功能更加完备、普及率更加高方向发展。致 谢本论文是在*教师悉心指引和热情关怀下完毕。从论文选题、设计过程、动手实践到最后论文写作，*教师都予以了我极大勉励和协助。此外还要感谢*和*同窗，她们在系统程序设计方面给我提供很大协助。尚有那些在实验室和我一起学习、一起努力同窗，也要谢谢你们对我勉励和协助。还要感谢答辩组评委教师在百忙之余对我指引和对我论文提出修改意见。最后再次感谢教师、同窗以及其她关怀着我人，正是你们辅导和协助，我才可以运用自己所学知识完毕我毕业论文。参照文献1 宁爱民，文军浩，郑德智,等. PM2.5监测技术及其比对测试研究进展J. 计测技术，33(4):11-14. 2 赵鑫，潘晋孝，刘宾,等. 基于射线吸取法PM2.5测量技术研究J. 电子技术应用，39(9):74-76. 3 劳动部，国家技术监督局LD98-1996.空气中粉尘浓度光散射式测定法S.劳动部文献，1997.4 李佳颖，大气颗粒物质量浓度自动监测系统研究D.上海：上海理工大学，.5 Lee H J，Coull B A，Bell