PM2.5检测仪开题报告

HEFEI UNIVERSITY毕业设计（论文）开题报告 题目 便携式pm2.5空气质量监测仪设计 系别 电子信息与电气工程系 年级专业（班级） 12自动化（1）班 姓名 赵越 指导老师 王建平 完成时间 2015-3-30 合肥学院电子信息与电气工程系毕业设计（论文）开题报告学生：赵越 班级： 12级自动化一班论文题目便携式PM2.5空气质量监测仪设计导师姓名王建平可行性方案分析见附页。参考文献1.李成祥.智能型室内空气质量检测与控制系统D.北京交通大学，2011.2.STM32系列ARM处理器技术手册。3.彭刚，秦志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践M.电子工业出版社.2011.4.袁剑敏. 一种PM2.5浓度检测装置、检测方法及空气质量检测仪: , CN104067106AP. 2014. 5.兰冰芯, 谌海云, 陈东,等. 基于单片机的PM2.5测试仪的设计与实现J. 物联网技术, 2014, 第11期(11):32-34.6.张志通, 郭向鑫, 杨昌福,等. 基于STM8S103多功能空气质量检测系统研究与设计J. 唐山职业技术学院学报, 2014, 04期(4):9-12.7.AnnaJ.Buczynska,Agnieszka Krata,Rene Van Grieken,et al.Composition of PM2.5 and PM1 on high and low polloution event days and its relation to indoor air quality in a home for the elderyJ.Science of the Total Environment,2014,490:134-143.8.Sangik Lee, Hyunsoo Lee, et al. Visualization of the Airborne Dust Concentration on the Building Floor PlansC, Proceedings of the 32st ISARC. 2015:1-61开题小组及教研室意见 开题小组签名： 年 月 日注：可行性方案分析可另附面。一、研究背景因为空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害现象加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。雾霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金属镍砷铬铅等颗粒组成。在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，粒径小于100微米的称为TSP(TotalSuspendedParticle)，即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10(PM为ParticulateMatter缩写)，即可吸入颗粒物；粒径小于2.5微米的称为PM2.5，即可入肺颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量影响大。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。高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。据统计，在欧洲，PM2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，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、哮喘、慢性支气管炎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。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。因此，对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。二、主要内容本设计以STM32为核心，STM32微处理器用来处理测量的数据以及控制电路。粉尘传感器用于测量空气中粉尘浓度，并以模拟电压的形式将测量值传递给微处理器。微处理器将处理后的测量值通过蓝牙模块传递给手机，并由手机显示出测量值。手机也可以通过蓝牙模块向微处理器发送控制命令，然后微处理器根据接收的命令通过控制继电器的吸合来控制净化器。三、设计方案系统整体结构框图如下图1，包括粉尘传感器、微处理器、蓝牙传输模块、手机、继电器、净化器。微处理器手机显示蓝牙传输模块继电器净化器粉尘传感器图1系统整体结构框图（一）硬件部分 1.粉尘浓度检测部分在此我们选择日本夏普公司灰尘传感器GP2Y1010AU，其体积小巧，灵敏度高，可以用来测量0.8微米以上的微小粒子，可用于室内环境中烟气、粉尘、花粉等浓度的检测。此款产品不但可以检测出单位体积粒子的绝对个数，而且内置气流发生器，可以自行吸入外部空气。灰尘传感器GP2Y1010AU安装保养方便，使用寿命长，精度高，稳定性好。其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，通常在空气净化系统中应用。该传感器具有非常低的电流消耗（最大20mA，典型值11mA），可使用高达7VDC。该传感器输出为模拟电压，其值与粉尘浓成正比。主要参数：灵敏度：0.5V/(0.1mg/m3)输出电压：0.9V(TYP)消耗电流：11mA工作温度：-1065存储温度：-20802. 显示部分显示模块的选择有很多种，通常在做设计时大部分选用LCD1602、传统的LED数码管、手机、电脑等，因为它们使用起来比较方便，受到人们的广泛推崇。在这里基于手机携带方便，因此在做本设计时我们选用手机作为我们的显示部分。在设计中，我们主要是利用蓝牙与手机上的蓝牙调试软件匹配，将测量值显示在手机上。除此之外，手机上拥有按键，可以利用蓝牙将手机按键上的命令发送到STM32系统中，并使继电器作出与命令相符的动作。3. stm32F103c8t6STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-0内核。基本参数：类别：集成电路(IC)家庭：嵌入式-微控制器芯体尺寸：32-位速度：72MHz外围设备：DMA，电机控制PWM，PWM，温度传感器输入/输出数：37程序存储器容量：64KB (64K x 8)程序存储器类型：FLASHRAM容量：20K x 8电压-电源(Vcc/Vdd)：2 V 3.6 V数据转换器：A/D 10x12b振荡器型：内部工作温度：-40C 85C封装/外壳：48-LQFP包装：托盘引脚图如下图2所示图2 引脚图4. 蓝牙传送部分蓝牙（ Bluetooth ）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.42.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙使用跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包。每个频道的频宽为1 MHz。蓝牙4.0使用2 MHz 间距，可容纳40个频道。第一个频道始于2402 MHz，每1 MHz一个频道，至2480 MHz。有了适配跳频（Adaptive Frequency-Hopping，简称AFH）功能，通常每秒跳1600次。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。 目前，常用的蓝牙模块有FBT06无线蓝牙串口模块和HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块。FBT06无线蓝牙串口模块包含蓝牙串口模块和USB蓝牙串口模块，内部有两个蓝牙串口模块，上电后会自动配对。HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块，具有两种工作模式，而且通过控制模块外部引脚输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。由于HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块体积小使用方便，价格便宜，因此在该设计中我们选择HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块作为我们的蓝牙模块，如图3所示。图3 蓝牙（二）软件设计主程序流程图如图4所示。图4 主程序流程图四、关键问题（1）如何实现将所测粉尘浓度