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【摘要】? ? 本文通過(guò)對(duì)PM2.5檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路、軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在Protues上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)PM2.5的實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示，同時(shí)超過(guò)設(shè)定濃度時(shí)報(bào)警提示，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，靈敏度高。

【關(guān)鍵詞】? ? 單片機(jī)? ? PM2.5? ? 超限報(bào)警

近年來(lái)，霧霾污染日益嚴(yán)重，其主要原因是PM2.5含量不斷增加。有研究表明，PM2.5污染所造成的死亡及經(jīng)濟(jì)損失呈逐年上升趨勢(shì)。因此實(shí)時(shí)對(duì)PM2.5進(jìn)行檢測(cè)、顯示以及報(bào)警對(duì)于監(jiān)控環(huán)境質(zhì)量和保障人類健康意義重大。

一、總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)PM2.5檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境中PM2.5的檢測(cè)、顯示以及超限報(bào)警功能。系統(tǒng)共有五個(gè)模塊：按鍵模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊以及PM2.5檢測(cè)模塊。

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）整體電路設(shè)計(jì)：根據(jù)前述方案，檢測(cè)PM2.5濃度的ZPH01傳感器在脈沖輸出模式下會(huì)根據(jù)PM2.5濃度輸出不同脈沖信號(hào)，STC89C52單片機(jī)則通過(guò)外部中斷P3.2引腳連接到傳感器的輸出引腳，讀取上述脈沖信號(hào)，并據(jù)此驅(qū)動(dòng)LCD顯示檢測(cè)值，同時(shí)將讀取到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行判斷，若超限則通過(guò)聲光報(bào)警。整體硬件電路如圖1所示。

（2）單片機(jī)電路：STC89C52單片機(jī)主要突出的性能有：高壽命Flash技術(shù)，不會(huì)因?yàn)椴翆懘螖?shù)過(guò)多而導(dǎo)致單片機(jī)壽命過(guò)短，同時(shí)也便于后期維護(hù);中斷技術(shù)，雖該芯片是8位系統(tǒng)，但通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其能實(shí)現(xiàn)16位系統(tǒng)功能，使存儲(chǔ)器位數(shù)靈活多變，節(jié)省片內(nèi)資源。

（3）顯示電路：電路中的 GND和 VCC，分別接入電源輸入引腳1、2。引腳3連接10K電位器，并與接地端相連，該引腳可實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)比度調(diào)整。引腳4為寄存器控制腳，其與 P27腳相連。引腳5為讀寫控制腳，與 P26腳相連。引腳6為使能腳，與 P25相連。引腳7-引腳14為地址/數(shù)據(jù)的8位總線，與 P0口相連。背光電源腳為引腳15、16與 VCC和 GND相連。

（4）PM2.5檢測(cè)電路：在脈沖輸出模式下，PM2.5濃度信號(hào)是PWM頻率信號(hào)，單片機(jī)利用外部中斷功能讀取上述信號(hào)。傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳與單片機(jī)的外部中斷引腳P3.2連接，從而檢測(cè)到脈沖信號(hào)。

（5）按鍵電路設(shè)計(jì)： K1按鍵與單片機(jī)的P1.2連接，能減少上限值。K2按鍵與單片機(jī)的P1.3連接，能增加上限值。通過(guò)讀取引腳值判斷按鍵是否按下。

（6）報(bào)警電路設(shè)計(jì)： LED燈指示PM2.5濃度值，若濃度值在設(shè)定值內(nèi)，則綠燈亮。如果濃度值超過(guò)設(shè)定值，則紅燈亮，同時(shí)聲音報(bào)警，報(bào)警模塊由單片機(jī)的P2.0控制。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）主程序設(shè)計(jì)：采用外部中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)讀取，利用單片機(jī)的定時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)在對(duì)特定時(shí)間脈沖個(gè)數(shù)讀取，然后調(diào)用顯示子函數(shù)顯示檢測(cè)值，調(diào)報(bào)警子函數(shù)進(jìn)行超限報(bào)警判斷，調(diào)用按鍵子函數(shù)，實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警閾值調(diào)節(jié)。

（2）報(bào)警子函數(shù)：系統(tǒng)讀取到檢測(cè)的PM2.5數(shù)據(jù)后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若超過(guò)設(shè)定值，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)引腳輸出高電平，控制驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。

（3）按鍵子函數(shù)：通過(guò)按鍵調(diào)整設(shè)定值，兩個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值加減，按鍵按下后單片機(jī)讀取到按鍵值為低電平，將界限值以0.1ug/m3進(jìn)行加減設(shè)置。

（4）中斷與定時(shí)子函數(shù)： 采用外部中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5的檢測(cè)，檢測(cè)模塊輸出PWM頻率信號(hào)，低電平的持續(xù)時(shí)間是有效電平。

四、仿真結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路在Proteus上聯(lián)合KEIL進(jìn)行建模仿真，對(duì)設(shè)計(jì)主要功能驗(yàn)證。仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)能夠順利實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5數(shù)據(jù)的檢測(cè)，在LCD上實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)到的PM2.5數(shù)據(jù)值，超過(guò)限定值后，蜂鳴器和LED燈報(bào)警。

五、結(jié)論與展望

本文實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的PM2.5檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能夠檢測(cè)、顯示PM2.5濃度數(shù)據(jù)及超限報(bào)警。下一步還可提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度以及并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉悅婷，王翰平，徐俊璽，劉正云.一種基于單片機(jī)的多功能空氣檢測(cè)系統(tǒng)[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，26（11）：144-147.

[2]王翰平，徐俊璽，劉正云.一種基于STC89C52的室內(nèi)空氣檢測(cè)系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017（11）：98-100.