1、本 科 生 畢 業(yè) 論 文論文題目：空氣質(zhì)量檢測(cè)儀PM2.5設(shè)計(jì)模塊姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：1121402班年級(jí)：11級(jí)專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)系：機(jī)械與電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：2015年 05 月30日作 者 聲 明本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫(xiě)完成的，沒(méi)有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果

2、完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過(guò)論文的全部?jī)?nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。 學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日空氣質(zhì)量檢測(cè)儀PM2.5設(shè)計(jì)模塊張福和Air quality detector - PM2.5 design moduleZhang fu-he2015年 5月30日摘 要 PM2.5是空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它極易富集在人體的肺部，對(duì)人的健康傷害很大，對(duì)于它的檢測(cè)非常重要。論文就幾種最主流的PM2.5

3、檢測(cè)方法進(jìn)行了分析，根據(jù)它們的優(yōu)缺點(diǎn)選擇了一種最合適本設(shè)計(jì)的測(cè)量方法。方案基于光散射原理光通過(guò)聚集PM2.5的濾紙以后折射出來(lái)的光強(qiáng)度會(huì)衰減，衰減的衰減的程度和PM2.5的質(zhì)量成線性關(guān)系，所以可以求出PM2.5的質(zhì)量，所得的質(zhì)量和采集的PM2.5的體積之比就是PM2.5的濃度。設(shè)計(jì)把AT89C52單片機(jī)作為核心部分，按鍵輸入初值電路，Sharp GP2Y10空氣質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)采集電路，小信號(hào)放大電路，ADC0832 轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、聲光器報(bào)警器報(bào)警電路和LCD1602液晶顯示電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求熟練使用proteus和keil軟件，完成硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的空氣質(zhì)量檢

4、測(cè)儀系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：PM2.5；光散射；Sharp GP2Y10；AT89S52Abstract PM2.5 is one of the important indexes of air quality. It can easily enrich the lung in human body, and it is very important for human health. This paper analyzes several mainstream PM2.5 detection methods, and according to their advantages and disadvan

5、tages, a method of measuring the most appropriate method is selected. Scheme is based on the principle of light scattering, light through the aggregation of PM2.5 filter paper after refracted light intensity will attenuation, the attenuation degree of attenuation and PM2.5 mass into a linear relatio

6、nship, so we can find the PM2.5 mass, income quality and acquisition of PM2.5 volume ratio is PM2.5 concentrations. Design the AT89C52 SCM as a core part, key input initial circuit, sharp GP2Y10 air quality sensor data acquisition circuit, small signal amplifying circuit, ADC0832 ADC conversion circ

7、uit, device alarm with sound and light alarm circuit and LCD display circuit design. Design requirements of the use of Proteus and keil software, hardware circuit design and software design and development, design a complete air quality tester system. Keywords: PM2.5; light scattering; Sharp GP2Y10;

8、 AT89S52I目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 選題背景與研究意義11.2 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)21.3 論文主要工作3第2章 PM2.5檢測(cè)模塊總體實(shí)現(xiàn)方案42.1 系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)42.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確立42.3 PM2.5檢測(cè)原理5第3章 PM2.5模塊硬件電路設(shè)計(jì)63.1 中心控制器63.2 振蕩器電路73.3 信號(hào)采集電路83.4 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電路93.5 復(fù)位電路103.6 AT89C52顯示電路11第4章 PM2.5檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)134.1 單片機(jī)C語(yǔ)言與一般C語(yǔ)言的異同134.2 系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)134.3 按鍵設(shè)定

9、濃度參考值程序設(shè)計(jì)164.4 數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換部分的程序設(shè)計(jì)184.5 1602顯示部分的程序設(shè)計(jì)20第5章 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析與模型制作215.1 編譯器KEIL4215.2 Proteus仿真結(jié)果215.3 線路板手工焊接23結(jié) 論26致 謝27參 考 文 獻(xiàn)28附 錄1硬件設(shè)計(jì)原理圖29東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 緒論第1章 緒論1.1選題背景與研究意義 很多事情都有兩面性，在人們享受著高度發(fā)達(dá)的工業(yè)所帶來(lái)的便利時(shí)，生態(tài)破、壞資源短缺、環(huán)境污染問(wèn)題早已經(jīng)把地球弄變得傷痕累累。假如排放出來(lái)的物質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了環(huán)境的自凈能力，生態(tài)環(huán)境就會(huì)發(fā)生惡性循環(huán)，環(huán)境就會(huì)遭到破壞，繼而危害到人類健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止

10、到2009年2月，已知的空氣污染物的種類大概有100多種。造成原因主要有自然因素和人為因素兩大種。前者有火山活動(dòng)，風(fēng)沙，植物揮發(fā)的有毒氣體等，后者工業(yè)污染，交通工具，油漆及易揮發(fā)有毒氣體等。空氣污染人為更多，特別是交通運(yùn)輸和工業(yè)生產(chǎn)所造成的尾氣和廢氣。大氣污染不但能對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，對(duì)植被和天氣氣候也有很大的影響。大氣污辱有很多種；氣狀污染物、粒狀污染物、二次污染物及惡臭物質(zhì)都屬于大氣污染。 PM2.5在整個(gè)地球大氣成分中只占有很少的一部分，但是它卻富集了大部分的有害元素和化合物，而且它的粒徑很小，在大氣中存留的時(shí)間長(zhǎng)，呼吸系統(tǒng)對(duì)它的吸收率也隨之增加，基于這些，相對(duì)于PM10和TSP，粒徑較

11、小的PM2.5對(duì)空氣污染、人體健康、大氣平衡和大氣能見(jiàn)度影響更大。目前，PM2.5已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外主要大氣污染物，是大氣氣溶膠研究的熱點(diǎn)方向。在中國(guó)大部分地區(qū)，特別是華北地區(qū)，PM2.5占到了整個(gè)空氣懸浮顆粒物重量的大半，已經(jīng)造成了大量的污染。知己知彼，百戰(zhàn)不殆，做好監(jiān)測(cè)，做到對(duì)癥下藥才能藥到病除。針對(duì)不同原理的應(yīng)對(duì)手段，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了各種各樣的產(chǎn)品，空氣質(zhì)量檢測(cè)儀就是其中之一。空氣質(zhì)量檢測(cè)的PM2.5檢測(cè)設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)應(yīng)用于檢測(cè)環(huán)境中的PM2.5濃度的設(shè)計(jì)，它能夠適用于多種領(lǐng)域,比如對(duì)學(xué)校,車站,醫(yī)院等人流量大的公共場(chǎng)所進(jìn)行室內(nèi)PM2.5濃度檢測(cè)；工礦企業(yè)勞動(dòng)部門(mén)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的測(cè)定；各種研

12、究機(jī)構(gòu)，氣象學(xué)，公眾衛(wèi)生學(xué)，工業(yè)勞動(dòng)衛(wèi)生工程學(xué)，大氣污染研究等；還能用于藥品制造測(cè)試，PM2.5檢測(cè)設(shè)計(jì)意義很大。1.2 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)在中國(guó)大部分地區(qū)，特別是華北地區(qū)，PM2.5占到了整個(gè)空氣懸浮顆粒物重量的大半。目前，PM2.5已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外主要大氣污染物，是大氣氣溶膠研究的熱點(diǎn)方向。對(duì)于空氣中PM2.5的污染研究，可以涉及很大的范圍，染源不僅有室內(nèi)排放，還有大量的室外擴(kuò)散。相比之下，室內(nèi)的PM2.5和人類的生活更加的緊密相關(guān)，但我國(guó)對(duì)室內(nèi)的PM2.5方面的研究并不多，更沒(méi)有進(jìn)行高層次的系統(tǒng)研究。未來(lái)來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，必須對(duì)PM2.5進(jìn)行深入的研究，包括以下三個(gè)方面：（1

13、） 研究PM2.5的外貌、顆粒分布特征。（2） 研究PM2.5的物理和化學(xué)性質(zhì)（如它的溶解物質(zhì)、有毒元素等）。（3） 研究PM2.5的來(lái)源和毒理學(xué)研究。針對(duì)PM2.5濃度的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出了很多的方法。目前主要使用的有稱重法、光散射法、射線法、微量振蕩天平法。稱重法是一種最基本的粒子質(zhì)量濃度的測(cè)定方法之一，它的基本原理是采的取一定量的空氣經(jīng)過(guò)它的后，空氣中的顆粒物集于高性能濾膜上，顆粒物的質(zhì)量就是空氣的前后質(zhì)量差，除以采樣空氣的質(zhì)量，結(jié)果就是PM2.5的質(zhì)量濃度。這種方法的原理簡(jiǎn)單，測(cè)定的是顆粒物絕對(duì)質(zhì)量濃度，不受PM2.5結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。但在測(cè)定過(guò)程中，測(cè)試周期長(zhǎng)，不但費(fèi)

14、時(shí)，也不能連續(xù)稱重，存在操作煩瑣、采樣儀體積大、噪聲大的缺點(diǎn)。 光散射法主要用于氣象部門(mén)，測(cè)出來(lái)的是數(shù)濃度，不是質(zhì)量濃度。與稱重法相比較要求總不確定度不能大于百分之二十五，相見(jiàn)準(zhǔn)確度不是很好。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)光散射法儀器的廠家有很多。光散射被分為普通光散射和激光光散射法兩種。在歐州，美國(guó)及日本日激光光散射已經(jīng)全面取代了普通光散射法，因?yàn)榍罢咴谥貜?fù)性和穩(wěn)定性里面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于后者。不同的廠家的產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)有所差異，性價(jià)比也會(huì)不一樣。國(guó)內(nèi)的一些廠家生產(chǎn)的激光法儀器質(zhì)量好壞相差很大，所以更應(yīng)該用心選擇有質(zhì)量保障的廠家。安徽光機(jī)所，北京聚道合盛，杭州聚光在國(guó)內(nèi)口碑都不錯(cuò)。相比稱重法，射線法的相關(guān)系數(shù)很大，可以達(dá)

15、到百分之九十七以上，相對(duì)偏差小，在百分之十以內(nèi)。儀器采用的射線源符合核安全標(biāo)準(zhǔn)。雖然測(cè)量方法比較準(zhǔn)確，可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。但是，這種方法的儀器不適用對(duì)PM2.5濃度在線監(jiān)測(cè)，因?yàn)楸仨氁獙?duì)采樣前后的PM2.5進(jìn)行對(duì)比測(cè)量。除了許多進(jìn)口品牌外，國(guó)內(nèi)天虹等一些不錯(cuò)的公司也在研發(fā)生產(chǎn)射線測(cè)塵儀器。靜電感應(yīng)法的儀器經(jīng)常用于檢測(cè)布袋是否泄漏，一般在布袋除塵器之后。由于用起來(lái)很麻煩，生產(chǎn)廠家很少，微量天平法不怎么普及。1.3 論文主要工作論文主要介紹了造成PM2.5污染的主要原因：主要有人為因素和自然因素兩種，闡述了PM2.5對(duì)人類身體健康帶來(lái)的巨大傷害。分析了空氣質(zhì)量檢測(cè)儀在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)P

16、M2.5濃度的檢測(cè)，不同的檢測(cè)儀器有不同原理和方法，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出了很多的方法。目前主要使用方法的有稱重、光散射、射線、微量振蕩天平法。論文分析了不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的場(chǎng)所。論文對(duì)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀PM2.5檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括PM2.5總體設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案，硬件電路（按鍵輸入電路、信號(hào)采集電路、AD轉(zhuǎn)換電路，復(fù)位電路、聲光報(bào)警電路和LCD顯示電路）搭建和程序設(shè)計(jì)。論文最后介紹了電路的連接和仿真，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果得到數(shù)據(jù)包括空氣中溫度值、濕度值、PM2.5的濃度值（單位為ug/m3）、還有一個(gè)提前設(shè)置的PM2.5最大濃度值，超過(guò)這個(gè)濃度值，聲光報(bào)警器就會(huì)報(bào)警。論文的

17、最后介紹了空氣質(zhì)量檢測(cè)儀模型的制作過(guò)程，從排版到線路板的焊接都做了介紹，并且對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)。30東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 PM2.5檢測(cè)模塊總體實(shí)現(xiàn)方案第2章 PM2.5檢測(cè)模塊總體實(shí)現(xiàn)方案2.1 系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)(1)系統(tǒng)功能： 采集空氣濕度、溫度、PM2.5濃度 lcd顯示當(dāng)前PM2.5濃度 間隔5S采集新的濃度值 按鍵預(yù)設(shè)濃度參考值,超過(guò)參考濃度時(shí)自動(dòng)報(bào)警； (2)主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓范圍：0V5V 采集數(shù)據(jù)周期：5s2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確立設(shè)計(jì)采用usb電源接口通電，傳感器采集到的濃度、濕度、和溫度值是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳感器處理后變成了05V的電壓信號(hào)。利用AD

18、C0832來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將前面經(jīng)過(guò)各種變換得到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成八位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，最后從P0口送入到單片機(jī)中。當(dāng)輸入電壓的值發(fā)生變化，會(huì)直接引起數(shù)值量的變化。在不同的地方，我們會(huì)預(yù)先鍵盤(pán)設(shè)定一個(gè)最大濃度參考值，一旦儀器采集到的PM2.5濃度比參考值要大時(shí)，單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備報(bào)警，反之，將會(huì)顯示當(dāng)前采集到的PM2.5濃度值，以及空氣中的溫度和濕度值。下面為此設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 2.1 system structure diagram假如將其分成兩大部分：中心控制器部分，外圍電路部分，看起來(lái)比較復(fù)雜的系統(tǒng)就會(huì)變得簡(jiǎn)單、明了。軟件和硬件是息息相

19、關(guān)的，硬件的搭建是進(jìn)行下一步軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)方案：?jiǎn)纹瑱C(jī)就是整個(gè)設(shè)計(jì)的大腦、核心，通過(guò)下載到單片機(jī)內(nèi)的c語(yǔ)言程序控制著數(shù)據(jù)采集、AD轉(zhuǎn)換、復(fù)位、鍵盤(pán)輸入自動(dòng)報(bào)警和液晶顯示等各外圍電路的運(yùn)作，并將我們需要的各種信息記錄保存下來(lái)。該方案不僅電路功能完善，而且實(shí)施方便，性價(jià)比高，性能也比較穩(wěn)定。2.3 PM2.5檢測(cè)原理 本設(shè)計(jì)要用到米理論和朗伯特-比爾定律。簡(jiǎn)單的原理就是：利用光學(xué)知識(shí)求得通過(guò)采集器采集到濾膜上的PM2.5的粒子的粒徑。根據(jù)光學(xué)原理，一束入射光經(jīng)過(guò)介質(zhì)后，由于光的散射和吸收原理，光強(qiáng)發(fā)生改變，利用入射光I0和出射光的光強(qiáng)之比，求出PM2.5的濃度。公式2-1如下： (2-1)

20、上式中：Q為消光系數(shù)；d為PM2.5的粒子直徑；N為PM2.5密度；A是直徑為d的PM2.5顆粒的截面積，W為PM2.5的質(zhì)量濃度；為PM2.5的質(zhì)量密度。從該測(cè)量原理我們可以總結(jié)出它具備的以下特點(diǎn)：（1） 可以測(cè)得各種直徑的PM2.5的單位質(zhì)量濃度值。（2） 測(cè)得的PM2.5濃度值精確度高。（3） 反應(yīng)不同粒徑的PM2.5分布形態(tài)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 PM2.5模塊硬件電路設(shè)計(jì)第3章 PM2.5模塊硬件電路設(shè)計(jì)3.1 中心控制器作為空氣質(zhì)量測(cè)試儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部件-微處理器,它必須完成數(shù)據(jù)采集、小信號(hào)放大，AD轉(zhuǎn)換、輸出數(shù)據(jù)、報(bào)警、結(jié)果顯示功能,。我們需要選擇一個(gè)好的CPU，它不但影響整

21、個(gè)系統(tǒng)的工作，它的結(jié)構(gòu)和特性決定了所研制的儀器的功能與好壞。 AT89C52是美國(guó)ATMEL公司研制的一種高效微控制器，性價(jià)比很高,在能夠完美的滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，也符合經(jīng)濟(jì)適用要求。 AT89C52與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品高度兼容，一千次擦寫(xiě)周期，程序儲(chǔ)存器經(jīng)過(guò)三級(jí)加密處理，可編程Flash。含有低功耗空閑和掉電模式，斷電后可以自動(dòng)喚醒。含有雙數(shù)據(jù)指針和看門(mén)狗定時(shí)電路，具有掉電標(biāo)識(shí)符。所以AT89S52兼具常規(guī)和在線編程方式，用起來(lái)非常的方便靈活。性能也高于C51，而且功耗比C51低。所以，本設(shè)計(jì)首選的CPU 芯片我選擇AT89C52單片機(jī)。AT89C52內(nèi)部具有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0

22、、T1。低8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為T(mén)L0、TH0，高8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)TL1、TH1。 寄存器TMOD；工作方式控制寄存器，可以設(shè)置寄存器的工作方式，決定了它是用于定時(shí)還是計(jì)數(shù)。原理如表2.1所示。表3.1工作原理Table 3.1 Working principleD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0T1方式字段 | T0方式字段M0、M1有4工作方式選擇：（1）00：方式0，作為13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（2）01：方式1，作為16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（3）10：方式2，作為8自動(dòng)重裝位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（4）11：方式3，定時(shí)器T0的TL0是一個(gè)8位的定時(shí)

23、器/計(jì)數(shù)器，TH0是一個(gè)8位的定時(shí)器，定時(shí)器1停止工作方式3。 AT89252標(biāo)準(zhǔn)功能：（1） 8k字節(jié)的Flash，256字節(jié)的RAM，32位的I/O口線。（2） 看門(mén)狗定時(shí)器，報(bào)警器。（3） 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，1個(gè)二級(jí)6向量中斷。（4） 全雙工串行口，片內(nèi)有晶振電路，時(shí)鐘電路。 I/O口主要功能分配： 作為單片機(jī)和LCD1602液晶顯示器的8為雙向數(shù)據(jù)端接口。主要接ADC0832轉(zhuǎn)換器的CS片選端，DI和DO模擬輸入輸出端和CLK時(shí)鐘。 接LCD1602的寄存器選擇端RS。 接LCD1602的讀寫(xiě)端RW。 接LCD1602的是使能端E。口主要完成外圍電路的控制。 其中

24、接gp2y10傳感器電路，接報(bào)警電路。和接按鍵設(shè)置電路。RS端接復(fù)位電路。3.2 振蕩器電路 如圖3.1所示，為外部振蕩器電路，XTAL1為震蕩器反向放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端，接GND。XTAL2為震蕩器反向放大器的輸出端，接外部振蕩信號(hào)的輸入。晶振范圍在0到24MHZ，根據(jù)實(shí)際需要，本設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇12MHZ，把和的參數(shù)都設(shè)為22pF，與可以起到對(duì)振蕩頻率的微調(diào)作用，并且可以穩(wěn)定頻率。制作時(shí)，和得盡量靠近單片機(jī)芯片，這樣可以有效的降低振蕩器電容，還能減少寄生電容。圖3.1振蕩器電路Figure 3.1 Oscillator circuit3.3 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)用到兩種傳感器：Shar

25、p GP2Y10傳感器和 DHT11傳感器。DHT11是一款溫濕度復(fù)合傳感器，每個(gè)都在極為精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室下校準(zhǔn)過(guò)。原理采用兩大技術(shù)：專用數(shù)字模塊采集技術(shù)、溫濕度傳感技術(shù)。DHT11有兩個(gè)很重要的元件：電阻式感濕元件， NTC測(cè)濕元件，并且能夠和高性能8位單片機(jī)AT89C52完全兼容相連。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器響應(yīng)快、抗干擾能力很強(qiáng)、性價(jià)比高。DHT11溫濕度復(fù)合傳感器和單片機(jī)的連接電路圖如圖3.2所示：圖3.2 DHT11連接電路Figure3.2 DHT11 connecting circuiDHT11傳感器引腳說(shuō)明：（1） VDD供電3-5.5VDC。（2） DATA串行數(shù)據(jù)，單總線。（

26、3） NC空腳，懸空。（4） GND接地，電源負(fù)極此設(shè)計(jì)主要完成PM2.5采集模塊的工作，所以Sharp GP2Y10傳感器是主要介紹的對(duì)象。 Sharp GP2Y10是日本夏普公司生產(chǎn)的一種光電晶體管和紅外線發(fā)射二極管在內(nèi)部成對(duì)角排列的光學(xué)粉塵傳感器，它能夠檢測(cè)到空氣PM2.5中的反射光。在傳感器的中心有一個(gè)洞，空氣可以自由的流過(guò)，它能定向的發(fā)射LED光，通過(guò)空氣中灰塵折射過(guò)后的光線來(lái)判斷灰塵的含量。GP2Y10 空氣質(zhì)量傳感器的電流消耗很低，價(jià)格便宜，可以檢測(cè)空氣中的灰塵和煙塵含量及PM2.5值。Sharp GP2Y10對(duì)粉塵粒子直徑大于0.3um的顆粒有大于99%的采集率，而直徑小于0.

27、3um的粒子在PM2.5的質(zhì)量中占很小的比例，幾乎可以忽略不計(jì)，所以Sharp GP2Y10的準(zhǔn)確度很高。根據(jù)輸出的圖形還可以知道哪些是煙塵，哪些是霧塵。絕對(duì)最大額定值如下表3.2所示：表3.2 絕對(duì)最大額定值Picture3.2 Absolute maximum ratings 環(huán)境溫度25參數(shù)符號(hào)等級(jí)單位電源電壓VCC-0.3到+7V輸入端子電壓VLED-0.3到VCCV工作溫度TOPF-10到+65焊接溫度TSOL-20到+80 由于在proteus軟件庫(kù)里面調(diào)不出傳感器的實(shí)物，所以只能用一個(gè)模擬的輸入信號(hào)代替，如下圖3.3所示，用一個(gè)150歐姆的電阻串聯(lián)一個(gè)470uf的電容在連接一個(gè)電

28、位器，通過(guò)改變電位器的阻值就可以改變PM2.5的濃度值。電路中還有一個(gè)三極管放大電路，由于外界采集的信號(hào)很小，必需放大以后才能送到ADC0832中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖3.3 Sharp GP2Y10 連接電路Figure 3.3 Sharp GP2Y10 connecting circuit3.4 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電路ADC0832是美國(guó)半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，具有八位分辨率，最高的分辨可達(dá)到256級(jí)。4條數(shù)據(jù)線CS、CLK、DO、DI與單片機(jī)連接。外形袖珍，主要被用在一些體積小的智能儀器和儀表中。傳輸速率較ADC0809并行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器要慢，但也足夠滿足一般的模擬量轉(zhuǎn)換要

29、求。校驗(yàn)數(shù)據(jù)采用的是雙數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)快捷準(zhǔn)確，誤差小，性能穩(wěn)定可靠。ADC0832 有DIP 和SOIC 兩種封裝。引腳說(shuō)明和功能特點(diǎn)如下:引腳說(shuō)明;CS片選端，低電平有效。 CH0，CH1兩路模擬信號(hào)輸入端。 DI兩路模擬輸入選擇輸入端。DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 CLK串行時(shí)鐘輸入端。VCC/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 GND電源地功能特點(diǎn);（1）8 位的分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V（2）5V 單電源供電；輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05V；（3）兼容性好，輸入和輸出電平與TTL 和CMOS 兼容；（4）具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；（5）體積小，功耗低，15mWAT89C52單

30、片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理:(1)當(dāng)0832處于非工作模式時(shí)， CS片選端為高電平“1”，芯片停止工作， C和DO/DI的高電平或低電平不作要求。(2)由于DO端與DI端在單片機(jī)的接口使用是雙向的，在工作時(shí)同時(shí)作用，設(shè)計(jì)電路時(shí)將它們并聯(lián)在一起，作為一根數(shù)據(jù)線使用。(3)當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)， 保持CS端置低電平狀態(tài)“0”。(4)還沒(méi)有收到第一個(gè)脈沖時(shí)，選擇輸入端 DI表示啟動(dòng)位，始終保持高電平“1”。第二、三個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前，選擇輸入端DI用作選擇通道，要輸 入2位數(shù)據(jù)。ADC0832鏈接電路如圖3.4所示： 圖3.4 ADC0832連接電路Figure 3.4 ADC0832 con

31、necting circuit3.5 復(fù)位電路為了使單片機(jī)可以更好更靈活的工作，我們需要對(duì)單片機(jī)初始化，也學(xué)要讓死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此我們需要一個(gè)復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位，如圖3.5所示，當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)，RST接入低電平“0”，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，RST接入高電平“1”有效。，按鍵抬起時(shí)，電容充電RST變回低電平“0”。當(dāng)按鍵按下時(shí)，電容在回路中釋放電荷， RST端變回高電平“1”。 圖3.5復(fù)位電路 Figure 3.5 Reset circuit3.6 AT89C52顯示電路在數(shù)據(jù)采集完成并經(jīng)過(guò)處理之后，便于讓用戶直觀的查看結(jié)果，就必須將輸出的測(cè)控信息在一個(gè)載體上顯示。讀

32、取這些載體上顯示的數(shù)據(jù)（PM2.5濃度和空氣溫度、濕度），用戶就可以掌握系統(tǒng)的狀態(tài)，進(jìn)一步分析處理或者采取響應(yīng)的舉措。LCD液晶顯示技術(shù)目前在單片機(jī)中使用非常廣泛。它們使用簡(jiǎn)便，性價(jià)比高，能顯示數(shù)字和一些字符。本設(shè)計(jì)選用LCD1602液晶顯示器，分兩行顯示，每行十六個(gè)字符，共三十二個(gè)字符。這里要顯示的數(shù)據(jù)包括空氣濕度，環(huán)境溫度和PM2.5濃度。LCD1602小巧、性價(jià)比高、耗能少、顯示內(nèi)容豐富。LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如表3.3所示： 表3.3 主要技術(shù)參數(shù)Table 3.3 main technical parameters顯示容量 162字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA(

33、5V)最佳工作電壓5V字符尺寸2.954.35（WH）mm引腳功能如下：（1）VSS為電源地（2）VCC接5V電源正極（3）V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。（可以用阻值1000歐的電位器進(jìn)行調(diào)整）（4）RS為寄存器選擇，高電平“1”時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平“0”時(shí)選擇指令寄存器。（5）RW為讀寫(xiě)信號(hào)線：高電平“1”時(shí)讀數(shù)據(jù)，低電平“0”時(shí)寫(xiě)數(shù)據(jù)。（6）E(或EN)端為使能(enable)端。（7）D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。（8）空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極 LCD1602的具體連接線路圖如圖3.6所示：圖3.6 LCD1602的連接線路圖

34、Figure 3.6 LCD1602 Connection diagram 在AT89C52中，P0口做輸出端沒(méi)有上拉電阻，為了保護(hù)LCD1602液晶顯示器，調(diào)節(jié)屏幕的亮度，必須在P0口接上拉電阻，上圖中，將所有的電阻串聯(lián)在一個(gè)阻排上，1端接VCC時(shí)為上拉電阻，1端接GND時(shí)為下拉電阻。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 PM2.5檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)第4章 PM2.5檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)C語(yǔ)言與一般C語(yǔ)言的異同C語(yǔ)言和單片機(jī)C語(yǔ)言有不同編譯條件和環(huán)境，它們有相似處也有不同之處。 （1） 不同點(diǎn)：語(yǔ)法結(jié)構(gòu)基本相同，也是采用函數(shù)結(jié)構(gòu)，大部分函數(shù)相同。（2） 相同點(diǎn)：輸入和輸出不同，單片機(jī)c語(yǔ)言不但增了存

35、儲(chǔ)類型，加入新的數(shù)據(jù)類型，如bit,sbit,sfr,sfr16。單片機(jī)c語(yǔ)言不隱含支持遞歸調(diào)用，所以在遞歸和調(diào)用之前，必須加以詳細(xì)的說(shuō)明。單片機(jī)C語(yǔ)言有自動(dòng)覆蓋技術(shù)，比計(jì)算機(jī)的隨機(jī)存儲(chǔ)器少很多，在編譯時(shí)有自動(dòng)判斷功能，達(dá)到空間最大的利用率。單片機(jī)C語(yǔ)言具有優(yōu)化技術(shù)，能夠最大程度的精簡(jiǎn)代碼長(zhǎng)度。能夠生成后綴是.HEX的文件，固化到單片機(jī)或者EPROM中4.2 系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示：圖4.1軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 4.1 software design system structure diagram下面Main函數(shù)的前面部分，該代碼定義聲明了系統(tǒng)中所有子

36、函數(shù)，以便在子程序可以直接調(diào)用，包括數(shù)據(jù)采集程序，24C02C數(shù)據(jù)存儲(chǔ)好和讀取部分程序，ADC0832轉(zhuǎn)換程序,LCD1602顯示程序，聲光報(bào)警程序等以及濃度計(jì)算公式。/頭文件#include /#include STC12c5A.h#include 1602.h#include 2402.h#include DHT11.h#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int/定義按鍵sbit Key_Up_ = P34;sbit Key_Down = P35;/定義蜂鳴器LED報(bào)警sbit DUST_Warn = P33;

37、/定義標(biāo)識(shí)uchar FlagStart = 0; sbit LED = P32;sbit LED2 = P36; uint Counter;uint DUST_SET; /固體顆粒的閾值int DUST_Value; uchar ADC_Get20=0; /定義AD采樣數(shù)組uchar num=0;/函數(shù)聲明void Data_Init();void Timer0_Init();void ADC_Init();uchar GetADVal(uchar);void KeyProcess(void); /值限定 if (DUST_SET=760) DUST_SET =760; if (DUST_S

38、ETDUST_SET) DUST_Warn=0; /超過(guò)閾值，報(bào)警4.3 按鍵設(shè)定濃度參考值程序設(shè)計(jì)人們所在的環(huán)境并不是固定不變的，不同場(chǎng)所各種氣體含量不一樣，自然PM2.5濃度也會(huì)不同，所承受的最大PM2.5量也不同。所以要對(duì)不同的情景進(jìn)行考量，設(shè)定最合適的PM2.5濃度參考值初值。假如采集到的濃度值大于設(shè)定的最大濃度值，用戶根據(jù)報(bào)警就可以采取相應(yīng)措施降塵或在危險(xiǎn)情況下要使人員迅速撤離工作現(xiàn)場(chǎng)，避免不必要的損失。設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)按鍵key1、key2來(lái)控制輸入的濃度值，其中一個(gè)按鍵按下一次濃度值+1，另一個(gè)按鍵按下一次濃度值-1。這兩個(gè)按鍵分別連接單片機(jī)的P34、P35腳。部分程序如下：/按

39、鍵處理程序void KeyProcess(void) uchar Temp; /uint i,j; Temp=P3; Temp&=0x30; if(Temp!=0x30) /延時(shí) /for (i=0;i500;i+) /for (j=0;j254;j+); Temp=P3; Temp&=0x30; if(Temp!=0x30) switch(Temp) case 0x20: DUST_SET+; break; / 設(shè)定值+ case 0X10: DUST_SET-; break; / 設(shè)定值- case 0X00: Save_Setting(); break; default: break;

40、4.4 數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換部分的程序設(shè)計(jì)傳感器采集到的濃度值是變化的模擬信號(hào)，必需經(jīng)過(guò)ADC0832來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將前面經(jīng)過(guò)各種變換得到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成八位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，最后從P0口送入到單片機(jī)中。數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換主要流程圖4.2如下：圖4.2 數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換流程圖Figure 4.2 data acquisition and conversion flow chart 下面為部分主要程序： unsigned char A_D() unsigned char i,dat; CS=1; /一個(gè)轉(zhuǎn)換周期開(kāi)始 CLK=0; /為第一個(gè)脈沖作準(zhǔn)備 CS=0; /CS置0，片選有效 DIO=1; /

41、DIO置1，規(guī)定的起始信號(hào) CLK=1; /第一個(gè)脈沖 CLK=0; /第一個(gè)脈沖的下降沿，此前DIO必須是高電平 DIO=1; /DIO置1， 通道選擇信號(hào) CLK=1; /第二個(gè)脈沖，第2、3個(gè)脈沖下沉之前，DI必須跟別輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道，這里選通道CH0 CLK=0; /第二個(gè)脈沖下降沿 DIO=0; /DI置0，選擇通道0 CLK=1; /第三個(gè)脈沖 CLK=0; /第三個(gè)脈沖下降沿 DIO=1; /第三個(gè)脈沖下沉之后，輸入端DIO失去作用，應(yīng)置1 CLK=1; /第四個(gè)脈沖 for(i=0;i8;i+) /高位在前 CLK=1; /第四個(gè)脈沖 CLK=0; dat=1; /將下

42、面儲(chǔ)存的低位數(shù)據(jù)向右移dat|=(unsigned char)DIO; /將輸出數(shù)據(jù)DIO通過(guò)或運(yùn)算儲(chǔ)存在dat最低位 CS=1; /片選無(wú)效 return dat; /將讀書(shū)的數(shù)據(jù)返回 這段代碼主要實(shí)現(xiàn)的功能：實(shí)現(xiàn)控制ADC0832轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，設(shè)定了接受不同脈沖時(shí)的選擇輸入通道，并且設(shè)定了轉(zhuǎn)換周期。4.5 1602顯示部分的程序設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)采集完成并經(jīng)過(guò)處理之后，便于讓用戶直觀的查看測(cè)試結(jié)果，就必須將輸出的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示在一個(gè)載體上。本設(shè)計(jì)選用LCD1602分兩行顯示，每行十六個(gè)字符，共三十二個(gè)字符。這里要顯示的數(shù)據(jù)包括空氣濕度，環(huán)境溫度和PM2.5濃度。下面為顯示程序的部分

43、代碼，第一次可以看到lcd1602上要顯示的字符串“welcome”，延時(shí)2000毫秒再次清屏，10毫秒之后將會(huì)看到第一行顯示溫度T的值和濕度的值,第二行會(huì)看到PM2.5濃度值以及設(shè)定的最大PM2.5濃度報(bào)警值，最后顯示的ug/m3是PM2.5的濃度單位，即沒(méi)立方米所含的多少ug的PM2.5質(zhì)量。LCD_Init(); /液晶初始化 LCD_Clear();/清屏 LCD_Write_String(4,0,Welcome); delay_ms(2000); LCD_Clear();/清屏 delay_ms(10); LCD_Write_String(0,0,T: %RH); LCD_Write

44、_String(0,1,Dt: ug/m3);東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析與模型制作第5章 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析與模型制作5.1 編譯器KEIL4Keil4功能很強(qiáng)大，使用非常方便支持c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，有非常完整的開(kāi)發(fā)方案，是目前最流行的開(kāi)發(fā)51系列單片機(jī)的軟件。Keil4的C程序、匯編程序、頭文件、各子程序或者各種文檔，在工程項(xiàng)目文件里，都可以統(tǒng)一管理應(yīng)用程序。步驟如表5.1所示：表5.1 keil4使用步驟Table 5.1 keil4 use stepsKeil4使用步驟(1) 創(chuàng)建一個(gè)工程項(xiàng)目文件。(2) 為工程選擇目標(biāo)器件(3) 為建立的工程選擇一個(gè)軟硬件調(diào)試環(huán)境。(4) 建立

45、工程，在源程序文件中輸入程序代碼。(5) 保存創(chuàng)建工程里源程序項(xiàng)目文件（keil4 uVision4是根據(jù)后綴來(lái)判斷保存的文件的類型，本設(shè)計(jì)是用C語(yǔ)言編程因此存盤(pán)時(shí)輸入的文件名應(yīng)帶擴(kuò)展名.C）。(6) 把所有建好的源程序文件添加到同一個(gè)工程中。（7）程序文件的編譯、連接、調(diào)試及其結(jié)果。 5.2 Proteus仿真結(jié)果Proteus是一款功能非常強(qiáng)大的仿真軟件工具，能完成原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真。一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。它將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件結(jié)合在一起， 在編譯方面，支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯器。

46、在Proteus中打開(kāi)已經(jīng)畫(huà)好的的原理圖，雙擊單片機(jī)，這時(shí)可以program fire選中在剛剛keil4中生成的hex文件，然后進(jìn)行虛擬機(jī)仿真。仿真結(jié)果如圖5.1和5.2所示：圖 5.1 仿真結(jié)果1Figure 5.1 Simulation results1第一次系統(tǒng)初始化以后會(huì)顯示字符“WECOME”，隨后有一個(gè)2秒的延時(shí)，進(jìn)行第二次清屏。圖 5.2 仿真結(jié)果1Figure 5.2 Simulation results122為空氣濃度值，55%為空氣濕度，pm090為PM2.5濃度值，110為設(shè)置的最大濃度值，超過(guò)該濃度就報(bào)警，ug /m3為PM2.5單位，即每立方米所含多少ug的PM2.

47、5。 5.3線路板手工焊接根據(jù)畫(huà)好的原理圖列出相應(yīng)的元器件清單如表5.2所示，并且在線路板上提前將元器件的位置排版，免得焊接的過(guò)程思路不清造成短路等錯(cuò)誤連接。而且，提前排版會(huì)讓做錯(cuò)來(lái)的東西更加美觀。下表是我作出的要用到的元器件清單。為了防止意外損壞造成元器件不足，可以多備用一些。表5.2元器件清單Table 5.2component list元件名數(shù)量6P接線端子110K電阻61K電阻310K（103）電位器15MM紅色LED1蜂鳴器16腳自鎖開(kāi)關(guān)1470UF電容110UF電容130PF電容2LCD16021GP2Y1010AU0F傳感器1STC89C51單片機(jī)116腳液晶IC座1輕觸按鍵3N

48、PN80501PNP8550112M晶振1usb電源線115*9萬(wàn)用板124C02140腳IC座1 在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中，焊接技術(shù)十分重要，焊接質(zhì)量決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。手工焊接是焊接技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電子產(chǎn)品裝配中的一項(xiàng)基本操作技能。 手工焊的準(zhǔn)備和步驟：（1） 選用適當(dāng)?shù)暮噶稀⒑?劑。一般選用低熔點(diǎn)的焊料，即錫鉛焊料。（2） 選擇合適功率的電烙鐵和烙鐵頭，這里可以選擇20W或者35W的內(nèi)熱式電烙鐵，烙鐵頭可以用鑿型和尖錐型的。（3） 對(duì)烙鐵頭的進(jìn)行清潔和上錫，保持烙鐵頭表面平整、光亮。（4） 在焊接之前必需檢查電路板是否損壞，或者由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致可焊性低，避免不必要的工作。（5） 元器

49、件引線加工成型。線路板上的插件方式有兩種立式和臥式。根據(jù)線路板的大小和后期安裝工藝及美觀等因素考慮決定（6） 焊接過(guò)程可以簡(jiǎn)化為三個(gè)步驟：準(zhǔn)備加熱與加焊錫去焊錫與去烙鐵。（7） 最后進(jìn)行焊點(diǎn)檢查、拆焊、補(bǔ)焊和焊接后的清洗等。 焊接好的電路板如圖5.3所示：圖5.3 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀模型Picture5.3 Air quality detector model 將程序下載到單片機(jī)中：控制面板接通+5V電源，其串口和計(jì)算機(jī)的串口相連在一起，打開(kāi)計(jì)算機(jī)上的STC ISP軟件，選擇需要燒寫(xiě)的芯片型號(hào)和要下載的hex文件。進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的設(shè)置以后就可以將生成的hex文件下載到單片機(jī)中了。東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 結(jié)論結(jié) 論如今，由大自然災(zāi)害和人為破壞所造成環(huán)境污染的現(xiàn)象不減反增，面對(duì)這種嚴(yán)峻的情況，人類不能再麻木，地球也不允許再冷眼旁觀下去了。本次設(shè)計(jì)的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀就是針對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)，有利于大家作出防御和應(yīng)對(duì)措施。和以前單一的功