PM2．5環(huán)境質(zhì)量檢測器設計

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這一指標愈來(lái)愈受到大眾的關(guān)注。如果環(huán)境質(zhì)量的數據可以以一種便捷的方式2獲取，人們便可根據所顯示的數據調節所處環(huán)境的質(zhì)量，以達到最佳的居住環(huán)境;生產(chǎn)中也可通過(guò)該系統獲得的數據來(lái)控制得到安全的生產(chǎn)環(huán)境，這無(wú)疑是未來(lái)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含量的檢測器設計。

1 總體設計

本設計思路：信息采集→信息處理→信息顯示/報警。其主要模塊為單片機、溫濕度采集、粉塵傳感器、蜂鳴器報警、電源等模塊。單片機與溫濕度傳感器DHT11和粉塵傳感器DSM501構成數字量采集系統，將采集到送入單片機處理，并將處理后的數據用液晶顯示器LCD1602呈現出來(lái)。它可實(shí)現如下功能：隨時(shí)設定報警的閾值;實(shí)時(shí)、快速檢測空氣

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

2 硬件設計

1)單片機電路

該系統采用STC12系列的單片機，用它作為該系統的控制芯片。

2)電源電路

利用AC—DC線(xiàn)性電源給整個(gè)系統供電。AC—DC電源將220 V的的市電轉換為5 V/1 A的直流穩壓電，該電源調整速度快、紋波小、干擾小。

3)溫濕度傳感器電路

數字溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準熟悉信號輸出溫濕度復合傳感器，它應用專(zhuān)用的溫濕度傳感技術(shù)和數字模塊采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有卓越的長(cháng)期穩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位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應、抗干擾能力強、性?xún)r(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室中進(jìn)行校準。校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測型號的處理過(guò)程中要調用這些校準系數。單線(xiàn)制串行接口，使系統集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為給類(lèi)應用甚至最為苛刻的應用場(chǎng)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，可調電阻設置檢測灰塵的大小。采用與粒子計算器相同原理為基礎，檢測出單位體積粒子的絕對個(gè)數?？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，便于信號處理;內藏氣流發(fā)生器，可以自行吸引外部大氣;保養簡(jiǎn)單，可以長(cháng)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(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數字、符號等的點(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)字節的RAM，標準版社，1997的接口特性，適配M6800系列MPU的操作時(shí)序。模塊結構緊湊、輕巧、裝配容易，像素尺寸小，分辨率高。

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

6)報警電路

本系統中用聲音報警的方式，當環(huán)境的溫濕度和粉塵含量超過(guò)預設值時(shí)，則會(huì )發(fā)出報警聲音。

7)震蕩和復位電路的設計

圖8中S1、C1、R4、R4構成復位電路。單片機在上電后可以從初始狀態(tài)工作，同時(shí)若在工作過(guò)程中出現問(wèn)題則可以通過(guò)按鈕手動(dòng)復位。

圖9中C2、G1、C3構成單片機的震蕩電路。本系統中由于單片機的內部帶有震蕩電路，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自激。

3 軟件設計

計算機在完成一項工作時(shí)，必須按順序執行各種操作。這些操作是程序設計人員用計算機所能夠接受的語(yǔ)言把解決問(wèn)題的步驟事先描述好的，也就是事先編制好計算機程序，再由計算機去執行。另外，一個(gè)有效率的控制系統還需要完善的算法，由算法繪制出相應的流程圖，這樣根據流程圖編制軟件程序。

根據該檢測系統功能，系統軟件流程圖如圖10所示。

本次設計主要是能夠實(shí)時(shí)顯示出當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)送數據，經(jīng)檢查校驗后，通過(guò)LCD1602顯示，點(diǎn)陣顯示溫濕度及粉塵濃度，如果沒(méi)有特殊情況，LCD會(huì )實(shí)時(shí)顯示當前檢測的環(huán)境數據。

4 結束語(yǔ)

本設計綜合利用單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)、數字電子技術(shù)和LCD顯示等知識，完成了單片機控制的溫度、濕度和顯示裝置的設計。比較系統地介紹了軟硬件設計方法。利用單片機C語(yǔ)言完成了系統軟件的設計。

1)把傳感器技術(shù)應用到單片機控制系統中，實(shí)現了對環(huán)境溫度和濕度的數據采集和讀取。

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計。

3)外接了蜂鳴器報警模塊，在超過(guò)設定溫濕度上下限時(shí)自動(dòng)報警。

由于單片機經(jīng)濟實(shí)用、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，因而在工業(yè)控制、農業(yè)自動(dòng)化、家電智能化等領(lǐng)域占據了廣泛的市場(chǎng)。本文介紹的系統設計有一定的實(shí)用性，但該系統還需要在智能化方面加以改進(jìn)。特別是在提高穩定度和節省功耗等方面。