小型家用pm2.5監(jiān)測儀器的設計

1、<p>　　小型家用PM2.5監(jiān)測儀器的設計</p><p>　　摘要：本設計采用AT89S52單片機作為核心控制器，以DSM501作為檢測元件，實現對空氣中PM2.5數值的監(jiān)測，包括數據采集、顯示、報警等功能，可以作為家用PM2.5的檢測儀器，亦可作為工業(yè)用煙霧、粉塵類報警儀器使用。 </p><p>　　關鍵詞：PM2.5 單片機 監(jiān)測系統(tǒng) </p><p

2、><b>　　一、引言 </b></p><p>　　PM2.5指環(huán)境空氣中當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重，與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響更大，隨著我國工業(yè)化進程的不

3、斷發(fā)展，近年來，個別城市空氣中PM2.5含量屢次爆表，嚴重威脅著人們的生活健康。本文提出一種以單片機為控制核心，以DSM501芯片為檢測元件，設計一種家用PM2.5檢測儀器，用于日常家居、學校、醫(yī)院等區(qū)域的空氣質量監(jiān)測。 </p><p><b>　　二、硬件結構設計 </b></p><p>　　本系統(tǒng)由控制模塊、檢測模塊、電源模塊和顯示報警模塊組成。檢測模塊實時檢

4、測周圍空氣中PM2.5的含量并送給控制模塊，控制模塊對數據進行運算和比對之后，將檢測到的數值經顯示模塊顯示，如檢測值超過設定的報警值，報警模塊將通過聲光報警的方式提醒用戶，系統(tǒng)結構原理如圖1所示。 </p><p>　　本設計中，控制模塊采用市面上常見的AT89S52單片機，該型單片機工作頻率高于普通的51單片機，運算速度更快，實時性更高，內部包含8K的程序存儲器，32個I/O口，該芯片功耗低，結構簡單，廣泛運用

5、于各種控制場合，滿足本設計的控制需求。 </p><p>　　檢測模塊采用DSM501傳感器，該傳感器為韓國SYHITECH專利產品，采用PWM脈寬調制輸出，最小檢測直徑1微米的粒子，可有效檢測空氣中PM2.5的含量，小尺寸重量輕易安裝使用。工作電壓為DC5.0±0.5V，工作環(huán)境溫度-20至80℃，輸出電平（有粒子時）為0.7V（max1.0V）；潔凈空氣時為4.3V（min4.0V），加熱器電源接通

6、后約1分鐘后可穩(wěn)定工作。 </p><p>　　該模塊有5個引腳，輸出腳2為普通輸出腳位，靈敏度已預設定，最小粒子檢出能力為1um，輸出腳1為可調輸出腳位，靈敏度可通過控制腳連接可調電阻來調整，默認為引腳2的2.5倍即最小粒子檢出能力為2.5um。通過采集引腳的低電平的占比，低脈沖率計算公式為RT=LT/UTx100%。根據原件的特性曲線圖計算出當前空氣中粒子數，根據粒子數和含塵濃度的近似關系，計算出當前空氣中P

7、M2.5的濃度，輸出PWM波形如圖2所示。 </p><p>　　圖2 DSM501輸出引腳PWM波形 </p><p>　　報警顯示模塊中，顯示部分采用1062LCD，該元件最多可顯示兩行32個字符，使用前需進行初始化，可將采集到的數據轉換成濃度后進行顯示；報警功能采用無源蜂鳴器，當采集的數據超過預先設定值時，單片機引腳輸出信號通過聲音報警的方式提醒用戶。 </p><

8、;p>　　電源模塊采用鋰電池供電，經穩(wěn)壓后供系統(tǒng)使用，預留充電接口可反復充電，作為便攜式儀器使用；也可根據需要采用直流穩(wěn)壓模塊，將220V交流電轉換成5V直流電源，作為固定式儀器使用。 </p><p><b>　　三、系統(tǒng)軟件設計 </b></p><p>　　系統(tǒng)上電之后需進行初始化，包括單片機初始化程序、檢測模塊初始化程序、顯示模塊初始化程序等。在工作過程

9、中，由單片機定時，檢測DSM501元件輸出引腳的信號，并對信號中的低電平進行計時，得出PWM信號中低電平的占空比，根據DSM501元件的特性曲線得出被測空氣中的粒子濃度，將數據發(fā)送給1602顯示，當采集的粒子濃度高于警戒值，單片機通過蜂鳴器報警，單片機檢測程序如下所示。 </p><p>　　void timer0（） interrupt1//中斷服務程序，每1ms中斷一次 </p><p&g

10、t;　　{number++； </p><p>　　if（PWM==0）lt_time++； //每1ms檢測PWM脈沖點評高低 </p><p>　　if（number==30000） /nunber計數到30000MS，即30S計時周期 </p><p>　　{TR0=0； //關閉定時器0 </p><p>　　rate=（int）（l

11、t_time/300）；//計算低脈沖率 </p><p>　　number=0；//30S定時復位，開始下一個測量周期 </p><p>　　lt_time=0；TR0=1；//啟動定時器0} </p><p>　　TH0=0xfc；TL0=0x66；//設置定時器初值 </p><p><b>　　四、結論 </b>

12、</p><p>　　本設計給出了一種以AT89S52單片機和DSM501灰塵檢測器為核心元件的PM2.5監(jiān)測儀器，具有結構簡單、成本低、功耗低的優(yōu)點、可作為便攜式儀器的使用，也可作為固定式的檢測儀器。在本設計的思路上，可以通過升級改造，增加其他模塊，實現更多的功能，作為家用物聯(lián)網智能家居的一部分，也可用于工業(yè)場合，具有較強的實用價值。參考文獻： </p><p>　　[1]彭應登，鐘良.