鞠啟+胡長增+史博+楊鑫

【摘要】 為了快速準確地查看所處環(huán)境的PM2.5濃度，以降低粉塵對人體的危害，本文設計了基于單片機的霧霾監(jiān)測及報警系統(tǒng)，它采用基于Arduino系統(tǒng)對PM2.5濃度進行檢測并報警，同時具有自動啟動空氣凈化器系統(tǒng)功能。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的電子平臺，對于初學者來說，極易掌握，不需要太多的單片機基礎、編程基礎，簡單學習便能進行使用，且Arduino價格便宜，為該系統(tǒng)能廣泛應用奠定了基礎。

【關鍵詞】 Arduino PM2.5濃度檢測儀 霧霾 空氣凈化器

引言

目前，市場上空氣質量量化檢測通常采用PM2.5 指標衡量，通過系列檢測器實現數據的實時檢測、顯示、記錄。特別是一些專業(yè)檢測設備體積普遍偏大、功能繁雜、價格昂貴，不同廠家的檢測設備測試數據偏差較大，不適合廣大市民購買使用。我們需要一種體積小，實時檢測，多功能集成，價格較低的檢測儀滿足這一需求。

本次設計的目的是制作一個簡易的基于單片機的霧霾監(jiān)測及報警系統(tǒng)即具有自動啟動空氣凈化器的PM2.5 檢測與凈化一體裝置，讓我們在平時的生活中也可隨時檢測，并且同時凈化屋內空氣，保持一個良好的生活環(huán)境。

一、總體設計方案

本文設計的整套系統(tǒng)總共有3個模塊：霧霾PM2.5檢測模塊、報警系統(tǒng)模塊、空氣凈化器自啟動模塊，系統(tǒng)組成如圖1所示。

1、霧霾PM2.5檢測模塊為核心模塊，控制和啟動其他兩個模塊。

2、報警系統(tǒng)模塊與空氣凈化器自啟動模塊相互連接，通過開關三極管和繼電器實現自開自關。

3、空氣凈化器自啟動模塊中的凈化器所用的原理為靜電除塵原理。利用直流高壓電使空氣電離吸附細小灰塵。

二、霧霾PM2.5檢測模塊

2.1 Arduino 開發(fā)板

Arduino 開發(fā)板作為檢測模塊的核心，負責控制傳感器及數據處理，根據需求可選擇USB 供電或外接電池供電（本文所選開發(fā)板為DFRduino UNO R3，所需電壓為5V），在灰塵傳感器從周圍環(huán)境中采集到相應數據后，交由Arduino中已編譯的程序進行整合處理。

Arduino系統(tǒng)負責發(fā)送指令給顯示模塊，最終的檢測結果數據由LCD 顯示屏輸出顯示。

2.2 粉塵傳感器

檢測所用的傳感器為夏普GP2Y1010AU0F_粉塵傳感器，夏普GP2Y1010AU0F粉塵傳感器是一款光學空氣質量傳感器，用來感應空氣中的塵埃粒子。該傳感器具有非常低的電流消耗（最大20mA，典型值11mA），該傳感器輸出為模擬電壓，其值與粉塵濃度成正比。 可測量0.8微米以上的微小粒子，感知煙草產生的煙氣和花粉、室內粉塵等。并且該傳感器價格低廉，體積小巧，適用于本實驗使用。當傳感器輸入一個值時，LCD顯示屏上就會顯示對應的PM2.5的值。

霧霾PM2.5檢測模塊的連接示意圖如圖3所示。

2.3 軟件部分設計

軟件部分的設計包括定義、初始化、數據讀取、數模轉換等。所有功能模塊的程序都是在Arduino IDE 平臺中完成的。軟件流程圖如圖2所示。

三、報警系統(tǒng)模塊及空氣凈化器自啟模塊

報警模塊（本實驗報警裝置設計為一燈泡）的啟動電壓是由PM2.5檢測模塊輸出的模擬電壓來提供。開關三極管具有完成斷路和接通的作用，因此將其用于電路的切斷和導通。

報警系統(tǒng)模塊與空氣凈化器自啟系統(tǒng)模塊緊密相連，利用繼電器的工作原理實現對靜電除塵空氣凈化器系統(tǒng)的啟動，并控制報警系統(tǒng)的接通與斷開。

報警模塊及空氣凈化器自啟模塊電路連接圖如圖4所示。

四、簡易空氣凈化器

我們所制作的空氣凈化器原理為靜電除塵。靜電除塵是一種氣體在靜電場中電離，電離后的電子與塵粒相遇，使其帶電被吸附于集塵板的除塵方式，其收集過程如圖5所示。

除塵過程包括：① 氣體電離；② 粉塵荷電；③ 粉塵沉降。靜電防塵紗窗是將靜電發(fā)生器固定在窗框上，靜電發(fā)生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網上，然后把金屬網覆蓋到玻璃纖維紗窗上，玻璃纖維紗窗就會帶上靜電，這樣空氣中的灰塵通過紗窗時就會被靜電吸附。

定期清理窗紗上的灰塵就可以達到持續(xù)性的凈化室內空氣的目的。

五、結語

將我們制作的霧霾PM2.5檢測儀所測的值與市場上銷售的PM2.5檢測儀相比較，其數值與市場所銷售的PM2.5檢測儀的值基本相同，并設定當PM2.5的值高于150時，能自啟空氣凈化器。

此設計的特點在于：造價便宜，方便人們能夠快速的了解當前環(huán)境下的PM2.5濃度，并能自動減少屋內的粉塵濃度，改善人們居住環(huán)境。設計中的空氣質量檢測模塊不僅可以用于檢測空氣中PM2.5的含量，還可以用于其他需要進行空氣濃度檢測的環(huán)境。

同時我們所設計的靜電除塵空氣凈化裝置，是將該裝置放置在紗窗前方，通過設定PM2.5檢測儀的上下限的控制數值使空氣凈化器自動啟動系統(tǒng)的投入或停止運行，這樣該裝置就可在重霧霾天快速啟動，在空氣質量良好的天氣自動關閉，節(jié)省電能。重點解決了普通紗窗無法在霧霾天氣下有效地過濾對人體有害的可吸入顆粒物的問題。因此，其市場前景廣闊、推廣價值高。

參 考 文 獻

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