南海城 唐雅媛 潘學(xué)文

摘要：為讓人們了解到空氣質(zhì)量，該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)、溫濕度傳感器和PM2.5檢測(cè)模塊構(gòu)成的檢測(cè)儀，可將空氣中溫濕度、PM2.5濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。檢測(cè)儀分為溫濕度檢測(cè)與PM2.5檢測(cè)兩大部分，采用溫濕度傳感器DHT11檢測(cè)空氣中的溫濕度參數(shù)，采用粉塵檢測(cè)傳感器GP2Y1010AU0F測(cè)量空氣中的PM2.5濃度，然后將收集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可辨別的信號(hào)，最后在液晶顯示屏上顯示出數(shù)據(jù)，從而用來(lái)監(jiān)測(cè)PM2.5的含量。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器;粉塵傳感器;單片機(jī);空氣質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TN911-4;G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）08-0208-02

Abstract： In this paper，ZigBee AD hoc network technology is used to build a wireless sensor network for information exchange to achieve intelligent home environment monitoring. The system hardware is based on the CC2530 development board and the wireless sensor network is built through ZigBee coordinator， routing nodes and network nodes， multiple sensor nodes for data acquisition， and the acquisition of the signal amplification， A/D conversion and other processing， to achieve A close distance between the nodes of wireless communication. The user terminal uses the upper computer to write the software code and realize the real-time display of data. The system has the advantages of low power consumption， low cost， convenient installation， compact and beautiful and is suitable for the real-time monitoring of environmental data in the user's residence.

Key words： temperature and humidity sensor; dust sensor; single chip microcomputer; air quality

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，越來(lái)越多人注重空氣品質(zhì)狀況等環(huán)境問(wèn)題及所帶來(lái)的影響。人每天都要呼吸空氣的，當(dāng)然是希望空氣質(zhì)量更高才好。空氣質(zhì)量檢測(cè)有很多方法，包含裝修污染、室內(nèi)空氣檢查與測(cè)量、作業(yè)場(chǎng)所有害物質(zhì)檢測(cè)、工廠油煙檢測(cè)、鍋爐大氣以及工業(yè)窯爐檢驗(yàn)測(cè)試及工廠排出的工業(yè)廢氣檢測(cè)等等[1-2]。

本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)、溫濕度傳感器、PM2.5檢測(cè)模塊，檢測(cè)室內(nèi)空氣中的溫度、濕度、粉塵濃度三項(xiàng)數(shù)值。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)值超過(guò)設(shè)置的范圍后蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，可以更好地進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量的評(píng)估，為人類營(yíng)造一個(gè)良好健康的呼吸環(huán)境[3-4]。

1 設(shè)計(jì)總體方案

設(shè)計(jì)涉及主硬件為：STC89C52RC單片機(jī)，DHT11溫濕度傳感器，粉塵傳感器GP2Y1010AU0F，蜂鳴器報(bào)警電路按鍵設(shè)置電路以及超標(biāo)指示顯示模塊組成。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

STC89C52RC是STC公司研發(fā)的一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。STC89C52使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，由于進(jìn)行了大量的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不擁有的功能。在單芯片上，具有靈活的8 位CPU 和在系統(tǒng)能夠編程Flash，讓STC89C52為大部分嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供非常靈便、超級(jí)有效的解決辦法。溫濕度傳感器DHT11集成數(shù)字濕度與溫度一體，運(yùn)用濕溫度傳感技術(shù)與數(shù)字模塊采集技術(shù)，能夠確定產(chǎn)物具備很高的可靠性與突出的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。夏普光學(xué)粉塵傳感器（GP2Y1010AU0F）在檢驗(yàn)非常微小的顆粒，如香煙煙霧等，效率是非常高的，而且是經(jīng)常使用的空氣凈化器系統(tǒng)。LCD1602A 是一種工業(yè)字符型液晶，可以同時(shí)展示出16x02 即32個(gè)字符。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)

STC89C52是一種功率消耗低、性能很高的CMOS8位微控制器，具備 8K 在系統(tǒng)能編程Flash 存儲(chǔ)器。最小系統(tǒng)包含單片機(jī)以及它需要的必備的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等等部件，可以讓單片機(jī)一直處于正常的工作狀態(tài)。用STC89C52單片搭建成最小應(yīng)用系統(tǒng)的同時(shí)，只要將單片機(jī)連接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就行了，其原理框圖如圖2所示。

2.2 溫濕度傳感器

將溫濕度傳感器DHT11與單片機(jī)STC89C52進(jìn)行連接，用單片機(jī)的P2.0口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)發(fā)收，并連接至傳感器的Pin2口。由于檢測(cè)范圍的影響，需要接5K上拉電阻至電源端。傳感器的第三腳懸浮放置，且傳感器電源端口Pin4與Pin1各自接在單片機(jī)的GND和VDD端。DHT11傳感器的原理電路圖如圖3所示。

2.3 pm2.5檢測(cè)模塊

粉塵傳感器GP2Y1010AU0F用來(lái)檢測(cè)空氣中的PM2.5濃度，運(yùn)用光敏的原理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。傳感器正中央有個(gè)孔能夠流過(guò)自由的空氣，指定發(fā)出led光，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)空氣中的粉塵折射之后光線去判別灰塵含量的數(shù)值，其實(shí)物圖如圖4所示。

硬件電路還有A/D轉(zhuǎn)換電路、 燈光報(bào)警電路、聲音報(bào)警電路、液晶顯示電路和按鍵電路。整個(gè)檢測(cè)儀以單片機(jī)STC89C52作為控制核心，通過(guò)從上至下的分層次化設(shè)計(jì)思想，把整個(gè)系統(tǒng)按照功能模塊劃分成多個(gè)單獨(dú)的電路模型，對(duì)每個(gè)電路模型獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將所有模塊電路集成到一起形成整個(gè)檢測(cè)儀，其整體原理電路如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)工作原理綜合得到系統(tǒng)工作程序流程圖如6所示。連接好usb電源線后，按下電源開(kāi)關(guān)鍵設(shè)備將會(huì)進(jìn)行初始化。中斷系統(tǒng)和液晶初始化好后會(huì)進(jìn)入while循環(huán)，來(lái)判斷溫濕度轉(zhuǎn)換標(biāo)志位是否為1，為1后將開(kāi)始讀取溫濕度數(shù)值，然后再在液晶顯示屏上顯示出來(lái);之后繼續(xù)循環(huán)判斷溫濕度是否超過(guò)設(shè)定好的范圍數(shù)值，當(dāng)超過(guò)設(shè)置的范圍后，對(duì)應(yīng)的指示燈將會(huì)亮，這是溫濕度部分;粉塵檢測(cè)部分通過(guò)AD轉(zhuǎn)換讀取ADC0832數(shù)據(jù)來(lái)讀取粉塵的濃度值，之后判斷粉塵濃度是否超過(guò)設(shè)定好的范圍數(shù)值，超出后對(duì)應(yīng)的指示燈將點(diǎn)亮;經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，所有的指示燈亮的同時(shí)，蜂鳴器在報(bào)警電路的作用下發(fā)出報(bào)警聲。

4 結(jié)論

對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)物進(jìn)行了通電測(cè)試，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)與調(diào)試，得到了按鍵、顯示屏以及指示燈的功能測(cè)試結(jié)果，基本功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。本設(shè)計(jì)所做的檢測(cè)儀體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)時(shí)了解室內(nèi)空氣質(zhì)量，合適用于室內(nèi)空氣環(huán)境檢測(cè)或醫(yī)療安康保健。

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛榮坤.基于單片機(jī)的PM2.5濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020，16（14）：256-257.

[2] 李超.車內(nèi)環(huán)境PM2.5檢測(cè)與凈化應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2019.

[3] 何金鳳. PM2.5多功能檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2019，17（3）：10-13，19.

[4] 張艷艷.PM2.5檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].傳感器世界，2019，25（3）：13-16.

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