簡(jiǎn)易室內溫度及空氣質(zhì)量監測系統設計

4.3 GP2Y1010型粉塵傳感器

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊選用的是夏普公司的GP2Y1010AU0F，該模塊是使用感光原理工作的，其中有一個(gè)紅外發(fā)光二極管和一個(gè)光電晶體管對角布置。如圖3所示，通過(guò)產(chǎn)生一定時(shí)間長(cháng)度、一定電壓值的脈沖信號，即檢出灰塵濃度。采樣信號出現高脈沖之后經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)再進(jìn)行采樣，數據穩定可靠，輸出的信號有0.28ms的上升時(shí)間，避免在這個(gè)時(shí)間段，對輸出脈沖進(jìn)行采樣。

　　一般情況下，香煙的煙粒子細微、密度高，會(huì )大范圍漂移并呈擴散式。與此相比，灰塵顆粒分散且大，密度低，斷斷續續通過(guò)的檢出區。煙輸出電壓是連續的，灰塵則是間隔的。

　　可吸入肺顆粒物濃度檢測模塊即PM2.5模塊的輸出電壓與灰塵濃度的曲線(xiàn)存在分段的近似線(xiàn)性。將相近的數學(xué)函數表達式，編入程序，即可和搭建的硬件模塊進(jìn)行室內環(huán)境可吸入肺顆粒物濃度的檢測。

　　本設計的GP2Y1010模塊電路圖如圖4所示。其中2SC2815型的NPN管是為了增加GP2Y1010的3號引腳LED的驅動(dòng)能力，2SC2815型的NPN管基極引腳。P35號接線(xiàn)，是連接2SC2815的NPN管的基極與單片機的15號引腳的接線(xiàn)，即為GP2Y1010提供輸入脈沖，GP2Y1010的模擬輸出接一個(gè)20K的電阻，直接給模數轉換器PCF8591，又因為單片機也用的是+5V直流電壓，所以其6號引腳不需要接分壓電阻即可。

4.4 A/D模塊的設計

　　本系統中由于GP2Y1010是模擬信號傳感器，所以這個(gè)部分的轉換需要A/D模塊，本設計選擇用PCF8591 這個(gè)8位的多位模擬輸入單片集成芯片。PCF8591是8位的單片獲取數據的器件。其中1號引腳、2號引腳和3號引腳可用于硬件編程，均為地址引腳，其上的信號是通過(guò)I2C總線(xiàn)，傳輸方式為串行。

　　具體的本設計的模數轉換模塊的電路就如圖5所示。

　　其中，PCF8591芯片的1號引腳接PM2.5檢測的模塊GP2Y1010的模擬輸出端，9號、10號引腳則用來(lái)與單片機相連。

5 軟件設計的總體結構

　　Keil C51是本次設計編寫(xiě)軟件程序應用的工具軟件。為了調試程序時(shí)比較方便，對整個(gè)設計的軟件分模塊進(jìn)行了編程，其中室內溫度及空氣質(zhì)量監測系統的軟件總體結構包括溫濕度數值采集子程序、可吸入肺顆粒物濃度采集子程序、液晶顯示子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、輸出控制子程序，具體結構如圖6所示。

6 小結

　　本設計將室內空氣溫濕度的檢測信號、空氣中可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5數值的檢測信號通過(guò)單片機進(jìn)行處理后，在LCD1602液晶顯示屏上進(jìn)行顯示?？晌敕晤w粒物濃度值即PM2.5值超上限設定值時(shí)的報警功能，通過(guò)軟件與硬件中的蜂鳴器相結合來(lái)實(shí)現的。

　　設計實(shí)現了多點(diǎn)溫度的采集和實(shí)時(shí)的顯示，通過(guò)可行的溫度算法及支持人工與智能兩種溫控模式，完成了可吸入肺顆粒物濃度及PM2.5的數值的檢測模塊的基本方案和硬件選型。

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