基于单片机的PM2.5检测系统设计

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　　【摘要】    本文通过对PM2.5检测系统的硬件电路、软件系统进行设计，最后在Protues上对整个系统进行仿真验证，结果表明设计的检测系统实现了对PM2.5的实时检测、显示，同时超过设定浓度时报警提示，系统工作稳定，灵敏度高。
　　【关键词】    单片机    PM2.5    超限报警
　　近年来，雾霾污染日益严重，其主要原因是PM2.5含量不断增加。有研究表明，PM2.5污染所造成的死亡及经济损失呈逐年上升趋势。因此实时对PM2.5进行检测、显示以及报警对于监控环境质量和保障人类健康意义重大。
　　一、总体方案设计
　　本文设计的基于单片机PM2.5检测系统能够实现对环境中PM2.5的检测、显示以及超限报警功能。系统共有五个模块：按键模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块以及PM2.5检测模块。
　　二、系统的硬件设计
　　（1）整体电路设计：根据前述方案，检测PM2.5浓度的ZPH01传感器在脉冲输出模式下会根据PM2.5浓度输出不同脉冲信号，STC89C52单片机则通过外部中断P3.2引脚连接到传感器的输出引脚，读取上述脉冲信号，并据此驱动LCD显示检测值，同时将读取到的数据与设定值进行判断，若超限则通过声光报警。整体硬件电路如图1所示。
　　（2）单片机电路：STC89C52单片机主要突出的性能有：高寿命Flash技术，不会因为擦写次数过多而导致单片机寿命过短，同时也便于后期维护;中断技术，虽该芯片是8位系统，但通过优化设计，其能实现16位系统功能，使存储器位数灵活多变，节省片内资源。
　　（3）显示电路：电路中的 GND和 VCC，分别接入电源输入引脚1、2。引脚3连接10K电位器，并与接地端相连，该引脚可实现液晶对比度调整。引脚4为寄存器控制脚，其与 P27脚相连。引脚5为读写控制脚，与 P26脚相连。引脚6为使能脚，与 P25相连。引脚7-引脚14为地址/数据的8位总线，与 P0口相连。背光电源脚为引脚15、16与 VCC和 GND相连。
　　（4）PM2.5检测电路：在脉冲输出模式下，PM2.5浓度信号是PWM频率信号，单片机利用外部中断功能读取上述信号。传感器的数据输出引脚与单片机的外部中断引脚P3.2连接，从而检测到脉冲信号。
　　（5）按键电路设计： K1按键与单片机的P1.2连接，能减少上限值。K2按键与单片机的P1.3连接，能增加上限值。通过读取引脚值判断按键是否按下。
　　（6）报警电路设计： LED灯指示PM2.5浓度值，若浓度值在设定值内，则绿灯亮。如果浓度值超过设定值，则红灯亮，同时声音报警，报警模块由单片机的P2.0控制。
　　三、系统软件设计
　　（1）主程序设计：采用外部中断实现对脉冲信号读取，利用单片机的定时功能，实现在对特定时间脉冲个数读取，然后调用显示子函数显示检测值，调报警子函数进行超限报警判断，调用按键子函数，实现超限报警阈值调节。
　　（2）报警子函数：系统读取到检测的PM2.5数据后，与设定值进行比较，若超过设定值，单片机的驱动引脚输出高电平，控制驱动器实现声光报警。
　　（3）按键子函数：通过按键调整设定值，两个按键分别实现对设定值加减，按键按下后单片机读取到按键值为低电平，将界限值以0.1ug/m3进行加减设置。
　　（4）中断与定时子函数： 采用外部中断实现对PM2.5的检测，检测模块输出PWM频率信号，低电平的持续时间是有效电平。
　　四、仿真结果
　　根据设计的硬件电路在Proteus上联合KEIL进行建模仿真，对设计主要功能验证。仿真结果显示，系统能够顺利实现对PM2.5数据的检测，在LCD上实时显示检测到的PM2.5数据值，超过限定值后，蜂鸣器和LED灯报警。
　　五、结论与展望
　　本文实现了基于单片机的PM2.5检测系统设计，该系统能够检测、显示PM2.5濃度数据及超限报警。下一步还可提高检测的精准度以及并实现远程控制等功能。
　　参  考  文  献
　　[1]刘悦婷，王翰平，徐俊玺，刘正云.一种基于单片机的多功能空气检测系统[J].牡丹江大学学报，2017，26（11）：144-147.
　　[2]王翰平，徐俊玺，刘正云.一种基于STC89C52的室内空气检测系统[J].数字技术与应用，2017（11）：98-100.
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