单片机pm25检测电子设计论文

毕业设计（论文）I基于单片机 PM2.5 智能监测系统诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学北方学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。毕业设计（论文）II摘 要近些年随着雾霾天气的肆虐，我们有理由且必要的做一些措施来注意我们身边空气中的PM2.5。人的一生中有三分之二的时间都是在室内度过的，所以对室内的PM2.5做实时监测和数据分析尤为必要。然而现有的PM2.5检测产品功能较单一，只能用来检测，无法应对空气PM2.5的恶化情况。正是基于上述情况，应用所学的知识，制作一个经济，简单，实用的智能化PM2.5监测系统是十分有现实意义的。本课题针对 PM2.5 监测进行了研究，设计出一套以 ST 公司的 STC89C52 单片机为核心的 PM2.5 智能监测系统，该系统主要包括中央处理器、信息采集、控制调节、数据显示、报警等几部分，设计中实时监测与智能控制相结合，实现了对室内 PM2.5实时采集处理、显示、报警、自动控制调节等多种功能。不仅能让人们非常清楚室内的污染情况，还可以自动控制调节空气，为人类营造一个安全、方便、舒适的室内生存空间。对系统的硬件组成及工作原理进行了研究，同时设计了软件流程图，利用结构化的分析与设计方法，设计工作采用软件工程的思想，各个模块耦合度低，模块内聚性高，该系统具有集成度和系统稳定性高、设计周期短、可扩展性强的特点，具有一定的实用价值。关键词：PM2.5 单片机 自动控制 报警毕业设计（论文）IIIMCU-Based PM2.5 Intelligent Monitoring SystemAbstractIn recent years as the fog weather, we have reason to and necessary to do some measures to pay attention to PM2.5 in the air around us. Two-thirds of the time in ones life is spent indoors, so the indoor PM2.5 do real-time monitoring and data analysis is necessary. PM2.5 testing existing product function is relatively single, however, can only be used to detect, unable to cope with the deterioration of air PM2.5. It is based on the above situation, application of learned knowledge, making an economic, simple, practical intelligent PM2.5 monitoring system is very practical significance.This topic to PM2.5 monitoring are studied, design a set of ST company STC89C52 single-chip microcomputer as the core of PM2.5 intelligent monitoring system, this system mainly includes the central processor, information collection, control, data display, alarm and so on several parts, combining the design of the real-time monitoring and intelligent control, to realize the real-time acquisition of indoor PM2.5 processing, display, alarm, automatic control and other functions. Not only can make people very clear indoor pollution situation, also can adjust the air automatic control, for mankind to build a safe, convenient and comfortable interior living space.On the system hardware composition and working principle are studied, and design the software flow diagram, using structured analysis and design methods, design work by adopting the idea of software engineering, the low module coupling, module cohesion is high, the system has high integration and system stability, short design cycle, the characteristics of strong extensibility, has a certain practical value.Keywords:PM2.5singlechipautomatic control alarm毕业设计（论文）IV目 录前 言 .1第 1 章 课题研究背景与价值 .2第 1.1 节 选题的意义与价值 .2第 1.2 节 研究综述 .3第 1.3 节 课题的研究意义与目的 .5第 1.4 节 研究范围与内容 .6第 1.5 节 研究视角与方法 .7第 2 章 PM2.5 检测研究的概况 .8第 2.1 节 PM2.5 监测系统的基本概念 .8第 2.2 节 PM2.5 监测系统的特征 .8第 2.3 节 PM2.5 的基本概况 .9第 3 章硬件选择与设计 .11第 3.1 节 系统原理概况 .11第 3.2 节 硬件电路设计 .12第 4 章系统软件 .24第 4.1 节整体设计思路 .24第 4.2 节 主要模块设计 .25第 5 章 组装调试 .27第 5.1 节 调试分析 .27第 5.2 节 不足与改进 .28毕业设计（论文）V结 论 .29参考文献 .31毕业设计（论文）1前 言随着我国经济的发展，人们生活水平不断改善和提高，环境问题和健康问题受到日益重视。近些年越来越多的人开始关注居住生活环境的空气质量安全问题，尤其是室内的PM2.5污染问题，所以对室内的PM2.5做实时检测和智能调节显得非常重要。目前，虽然市面上的PM2.5检测仪器已经有很多种，检测速度较快，但是绝大部分产品功能单一，只能用来检测，不具备智能调控的能力。仅仅靠单纯的检测不能实施经济可行的空气质量调节措施，若在检测的基础上实现智能控制，使检测智能化，这样才能尽快为人们创造良好的室内环境。因此，设计开发一套智能化监测系统是有现实意义的。正是基于上述情况出发，本设计将检测器与空气净化器结合，即通过估算当前空气中污染物浓度，指示空气净化器的开关，实现自动控制调节。主要工作原理是通过传感器采集室内的环境信息，送入到单片机通过分析处理得出相应的结果，并输出到显示电路，这样LCD显示屏能即时显示检测到的各室内环境参数，使人们能及时了解室内环境的具体情况。并在PM2.5浓度超过预先设置的上限时，指示报警电路发出报警信号，及时的通知人们并自动控制打开空气净化器来改善室内空气，为人类营造一个安全、方便、舒适的室内生存空间。毕业设计（论文）2第 1 章 课题研究背景与价值第 1.1 节 选题的意义与价值1.1.1 理论意义与价值基于单片机 PM2.5智能监测系统将检测器与空气净化器结合，即通过估算当前空气污染物浓度，指示空气净化器的开关，实现自动控制调节。环境检测设备和净化器、智能手机等家电和智能化产品结合，采用智能化检测设备，通过物联网，可以把数据传到电脑或手机上，方便人们的控制。如果做个形象比喻，那就是“给电器装上眼睛和鼻子”，这是未来发展的新趋势。顺应未来智能化检测的趋势，设计出应用传感器周期性从外部采集数据，通过 LCD 屏幕即时显示，实时检测空气中 PM2.5的浓度。如果 PM2.5浓度超过预先设置的上限，蜂鸣器报警，并自动控制打开空气净化器来改善室内空气。另外，还可以检测室内温度，切换显示时间日期。在实时监测的基础之上，还要进行 PM2.5高浓度预警和自动控制调节。若能实现实时检测与自动控制这两者的结合，会使这个室内应用系统更加人性化。这个方案的解决也是实现 PM2.5智能检测的关键，因此这个设计非常有研究价值。1.1.2 实践意义与价值世界卫生组织发布的报告显示，无论是发达国家还是发展中国家，目前大多数城市和农村人口均遭受到颗粒物对健康的影响。那些直径在 2.5 微米以下的细颗粒物，还不到成人头发丝粗细的 1/20，不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换，从而引发咳嗽、呼吸困难等呼吸系统的疾病并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。所以，对 PM2.5 的监测显得越来越重要。今年 4 月 22 日清华大学在北京发布了首个室内 PM2.5(细颗粒物)污染公益调研报告。结果显示，相对于室外 PM2.5 污染，室内 PM2.5 污染对人的影响更显著，人均室内 PM2.5 暴露量和潜在剂量为室外的 4 倍。“这主要是因为人们一天中有大约 20 小时是在室内，只有 4 小时在室外。” 研究组负责人、清华大学电子工程系研究员张林（1968 ）表示，每天摄入人体内的 80%的 PM2.5来自于室内。此次调研历时两个半月，有 407 名志愿者参与，调研组共获得累毕业设计（论文）3计总时长约 11 万小时的室内 PM2.5 数据，其中包括 7703 个地理位置点，覆盖北京市 13 个区县。对于室内 PM2.5 浓度，由于房屋面积有限，无法进行直观的能见度判断。再加上室内环境差异性较大，专业 PM2.5 检测设备庞大昂贵，难以进行普遍实时的监测，这使得人们一直缺乏对于室内 PM2.5 污染程度全面系统的认识和研究1 。现代人 70%90%的时间处于室内，室内空气质量直接影响人体健康。对付室内的 PM2.5，开窗通风本是最有效的办法，但也要依据室外空气状况而定，像目前我国的室外空气质量，就不适宜长期开窗通风。基于单片机 PM2.5 智能监测系统的设计使实时监测与智能控制相结合，不仅能让人们非常清楚室内的污染情况，还可以实现自动控制调节，为人类营造一个安全、方便、舒适的室内生存空间。智能监测系统不仅能为人们的生活带来便利，更符合可持续发展理念，无论是经济学角度还是社会学角度来看，这样做都有着重要的现实意义和经济价值。第 1.2 节 研究综述1.2.1 国内 PM2.5 检测的发展和应用2013 年 1 月,雾霾天气侵袭了大半个中国，“雾霾”就成为了年度关键词，而且连续两年成为两会热议话题。今年 2 月 28 日，在柴静雾霾深度调查纪录片穹顶之下中，国家环境保护部提供的数据显示，2014 年北京污染天数为175 天，天津 197 天，成都 125 天，沈阳 152 天，兰州 112 天，石家庄高达 264天！相关数据表明，如今在中国每年因为大气污染过早死亡的人数有 50 万人！纪录片一出随即引起全民热论，使“雾霾”问题再度回到公众视野，环境保护的话题迅速升温。在今年“两会”上，雾霾治理又成为提及频度最高的热点之一。代表委员们认为，政府应该进一步加强防治力度，更加注重运用市场和法治手段，促进企业更好地履行社会责任，全社会“同呼吸、共奋斗”，形成合力，以切实的成效保护和改善生态环境、造福全体人民。其实早在 2007 年，中国工程院、环保部联手开展的战略研究就对引入 PM2.5标准给予高度关注，将 PM2.5 纳入宏观战略目标。2008 年环境保护部启动环境空气质量标准修订程序，将 PM2.5 纳入环境空气标准和空气污染治理系统之中。在 2011 年的第七次全国环保大会上，公布了全国 PM2.5 检测时间表，2012 年，毕业设计（论文）4在京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市和省会城市开展 PM2.5 监测，2013 年，在 113 个环境保护重点城市和保护模范城市开展监测，2015 年，在所有地级以上城市开展监测，2016 年也就是明年在全国实施。在国内，PM2.5 检测仪器已不鲜见。例如，去年 4 月初正式上市的汉王蓝天科技首款 PM2.5 检测仪 M1（如图 1.1），和手机大小相似、可随身携带，其原理采用激光测试法，即采用了散射粒子加速度测量法，可以精确获得粒子质量、运动速度、反光强度等信息，并对空气中的颗粒物粒径大小进行统计和分析，从而能较准确地测量空气中的粒子浓度。目前，网上关于家用 PM2.5 检测仪的叫卖也非常火热。如果在淘宝网上输入关键词“PM2.5 检测仪”，就能跳出近 4000 件检测仪，价格从上百元到数万元不等，销量好的产品订单月售量已经超过 200 单。PM2.5 检测仪能及时评判空气质量，促进人们改善空气质量，推动人们寻找空气安全之道，从而提高全社会的健康指数。因此，PM2.5 检测仪器在家居领域有非常广泛的使用前景。图1.1 汉王霾表 M11.2.2 国外 PM2.5 检测的发展和应用在美国，由于工业排放、机动车尾气等曾导致发生了非常严重的大气污染。到二十世纪中期，洛杉矶一带大气臭氧浓度很高，光化学烟雾问题突出，在1952 年和 1955 年就发生了两次短短数日内上百位老人死亡的惨剧。美国立即采取了区域环境管理框架，打破州的界限，开始进行统一管理。环保机构有权进行立法、执法、处罚，并通过强制执行手段和监控、技术改进等相结合的方式协调开展工作。清洁空气法案修正案在 1990 年正式获得通过，到 1997年，美国环保署设立了专门针对大气 PM2.5 浓度的标准，以便更好地检测过去那些被忽略的细小颗粒物。当污染较为严重时，美国官方网站还会要求民众尽量控制外出活动的强度和时间，以此来减少 PM2.5 对人们身体的伤害。此外，毕业设计（论文）5媒体还建议人们不要在繁忙的道路附近锻炼，不要在室内吸烟，减少使用蜡烛、烧火炉子，以此来控制室内污染。2005 年，欧盟出台了关于限制 PM10 的法令；到 2010 年，对 PM2.5 的监控标准生效。目前，欧盟的空气质量标准包含对 PM2.5年均浓度和 PM10 年均浓度和日