基于单片机的PM2.5检测系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-51-2021-007-LW
设计摘要：
本设计以STC89C52单片机为核心控制器，构建了一个PM2.5检测系统。系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STC89C52单片机，负责数据处理和输出控制。输入部分包括PM2.5传感器和ADC0832模数转换器的PM2.5检测模块、独立按键和供电电路。输出部分包括LCD1602显示模块、继电器、LED和蜂鸣器组成的声光报警器。通过LCD显示器实时显示PM2.5值，当PM2.5超过设定最大值时，继电器闭合，同时LED和蜂鸣器发出报警信号。该系统可实现对PM2.5浓度的监测和报警功能，为环境保护和健康提供实时监测与提醒。
关键词：单片机；PM2.5检测模块；LCD1602显示器
字数：9000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 PM2.5粉尘传感器
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 PM2.5实物测试
5.3 设置PM2.5阈值实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
由于现在人们生活水平的普遍提高，大家对自己的生存环境越来越关注，特别是对大气环境质量的关注。近年来，雾霾天气越来越频繁地出现，很多地区 PM2.5污染日益严重，对人们的身体健康和正常生活产生了严重的影响。而空气中细颗粒物浓度即PM2.5浓度又是造成雾霾的罪魁祸首，因此人们对PM2.5 浓度关注度持续提升。由于PM2.5是有毒有害的、停留时间长的、传送距离远的、直径是人的头发丝1/20可入肺颗粒物，对人体健康和大气环境质量影响更大。因此对环境质量检测尤其对PM2.5的检测越来越重要[1]。然而专业检测机构的费用高昂，而现有空气质量检测仪器不仅仅体积较为庞大，而且价格十分昂贵，操作过程很复杂，灵敏度不高，智能化程度低，无法实时检测环境中粉尘浓度，无法走进普通家庭。鉴于此，本课题拟设计一种简易的PM2.5检测系统，即利用粉尘传感器、烟雾传感器等对环境量进行采集，通过单片机进行数据处理后最终以数字形式在液晶显示屏上显示，实现人们对所处环境空气质量的掌控。雾霾问题已成为我国大气治理和环境保护的突出问题，目前我国针对雾霾的监测仍处于起步阶段。基于不同监测方法的雾霾技术有各自优缺点，具有一定的局限性和适用范围，仍需继续开展大量的研究工作，研制出符合我国国情的监测技术和设备完善发展方向，进一步建立完备的雾霾监测体系，与雾霾控制协调统一，构建规范化、科学化和常态化的雾霾气候治理结构，对加强我国环境监测和防控工作具有深远的意义。
因为空气污染和气候变化已成为全球性的社会问题。PM2.5细颗粒物对呼吸系统和心血管系统的影响使得人们越来越关注室内外空气质量。此外，极端温度事件频繁发生，给人们的生活和工作带来巨大影响。因此，设计一个能够实时监测这些关键指标的系统对于人们的健康和生活至关重要。
该系统具有多方面的意义。首先，它可以帮助人们进行健康监护，及时了解环境中的PM2.5浓度和温度，从而采取预防措施，减少健康风险。其次，通过准确监测PM2.5浓度，系统有助于提高人们对空气质量的认知，促进环境保护和减少污染源。此外，系统能够及时发出报警信号，为公共安全提供实时监测与预警，具备重要的应急响应功能。另一方面，该系统采用STC89C52单片机作为核心控制器，展示了嵌入式技术在环境监测领域的应用潜力。嵌入式系统具有体积小、功耗低、性能稳定等优势，适用于各种实时控制和监测场景。通过本设计，可以推广和应用嵌入式技术，促进其在环境保护和公共健康领域的更广泛应用。
综上所述，该PM2.5检测系统在健康监护、环境保护和嵌入式技术应用方面具有重要意义。它有望为人们提供更清晰的空气质量信息，帮助改善环境状况和促进社会的可持续发展。同时，该系统还为嵌入式技术的推广和应用提供了有益的示范。
1.2 国内外研究现状
随着全球的经济科技的快速发展，人类对资源的消耗导致全球的天气逐渐恶劣。由于空气质量的恶化，雾霾天气现象增多，危害现象加重。雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及各种重金属等颗粒组成。因此，中国乃至全球各地人们兴起PM2.5的检测，如今设计出一款能准确检测空气PM2.5含量的仪器已经成为人们的期望[2]。
依据国内外大气污染治理的经验,结合我国目前PM2.5防治的现状陈曦设计实现PM2.5污染物监测分析系统。通过查阅国内外文献资料,了解了国内外对于PM2.5污染物防治政策与各种方法,明晰了国内外在大气污染治理方面的总体局势又学习了这些文献中的先进技术，设计并最终实现PM2.5污染物监测分析系统。
刘静静根据我国不少地区把阴霾天气现象并入雾,统称为"雾霾天气"作为灾害性天气预警预报设计出PM2.5检测仪。雾霾主要由PM2.5,PM10,PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。本设计以STC89C51单片机为控制中心,由GP2Y1010AU0F灰尘传感器测量空气粉尘浓度,LCD1602显示屏显示当前空气粉尘浓度,并会根据设置好的报警值报警提示,对应颜色指示灯点亮。该系统电路简单,调试方便,测试精度高,具有一定的实用价值。
随着中国经济的快速发展和城市化进程的加快，空气污染对人们的健康造成了一系列影响。对于PM2.5探测器的研究，它具有一定的社会价值。Z 姚 采用GP2 Y1010 AU0 F传感器采集环境中的PM2.5浓度值，信号通过模数转换器传输到MCU进行处理。实验表明，该设计能有效检测有害气体成分。当浓度超过预设值时，系统会自动报警，并打开排风机，降低有害气体的浓度。这种设计可以作为报警设备广泛用于家庭和工作场所，并具有一定的市场前景。
李希宇和李金禄设计出采用单片机检测空气中的PM2.5和甲烷。采用基于STC 51微机的简单便携的空气质量检测系统，用于检测空气中的甲烷（CH4）和PM 2.5粉尘浓度检测，LCD1602中的测试结果表明，当检测值超过标准值时，警报会响起。设备调试后，甲烷和PM2.5的值可以实时测量，结果符合设计要求。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STC89C52单片机的PM2.5检测系统，主要用于实时监测空气中的PM2.5浓度和温度，并进行显示和报警。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STC89C52单片机作为核心控制器，负责数据处理和输出控制。输入部分包括PM2.5传感器、ADC0832模数转换器和独立按键，用于获取PM2.5浓度和温度数据，并设置最大值。输出部分包括LCD1602显示模块、继电器、LED和蜂鸣器，通过LCD显示实时数据，继电器控制其他设备，LED和蜂鸣器组成声光报警器。该系统的设计意义在于实现了简单、实用的环境监测方案，能有效保护人们的健康，同时展示了嵌入式技术在环境监测领域的应用潜力。
