PM2.5空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制作

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（2015屆）題目：PM2.5空氣檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制作專業(yè)名稱：應(yīng)用電子技術(shù)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)教師：2014年09月22日目錄TOC\o"1-5"\h\z一緒論11.1前言11.2選題背景11.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顟B(tài)21.3.1粉塵測(cè)量方法21.3.2粉塵檢測(cè)儀的性能與優(yōu)點(diǎn)21.3.3研究的意義31.4本文主要工作3二PM2.5粉塵濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì)系統(tǒng)42.1系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)42.2工作原理42.3程序框圖和流程圖6PM2.5粉塵測(cè)試儀系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1單片機(jī)部分硬件設(shè)計(jì)83.2信號(hào)采集電路103.3LED1602液晶屏顯示電路113.4聲光提醒報(bào)警電路123.5智能換風(fēng)機(jī)電路143.6按鍵電路14PM2.5粉塵測(cè)試儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1系統(tǒng)程序流程圖154.2濃度參考值的鍵盤設(shè)定程序設(shè)計(jì)164.3信號(hào)采集部分的程序設(shè)計(jì)174.4蜂鳴器報(bào)警部分程序設(shè)計(jì)184.5LED1602液晶顯示部分的程序設(shè)計(jì)19五PM2.5粉塵檢測(cè)儀的測(cè)試結(jié)果19結(jié)論21參考文獻(xiàn)22附錄一：系統(tǒng)程序23致謝29#4.2濃度參考值的鍵盤設(shè)定程序設(shè)計(jì)因?yàn)椴煌h(huán)境中粉塵濃度不同，粉塵流動(dòng)量也不一樣，人在不同環(huán)境中工作所承受的最大粉塵量也不一樣，所以在更換環(huán)境時(shí)要設(shè)置不同的粉塵濃度參考值(該環(huán)境中能接受粉塵濃度最大值)，當(dāng)濃度超過(guò)所設(shè)定值時(shí)，粉塵檢測(cè)儀報(bào)警，我們根據(jù)報(bào)警就可以采取相應(yīng)措施或使人員撤離工作現(xiàn)場(chǎng)或動(dòng)力降低粉塵濃度。本模塊利用獨(dú)立按鍵方式通過(guò)三個(gè)獨(dú)立按鍵累加輸入?yún)⒖贾?，通過(guò)單片機(jī)比較采集的數(shù)據(jù)與參考值來(lái)控制蜂鳴器是否報(bào)警。同時(shí)可以通過(guò)獨(dú)立按鍵來(lái)進(jìn)行參考值和當(dāng)前濃度值的顯示切換。4.2.1鍵盤掃描的設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，掃描鍵盤只是CPU的工作任務(wù)之一。在實(shí)際應(yīng)用中要想做到既能及時(shí)響應(yīng)鍵操作，又不過(guò)多的占用CPU的工作時(shí)間，就要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中的CPU的忙閑情況，選擇好鍵盤的工作方式，本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)的小型系統(tǒng)CPU工作比較空閑，所以用編程掃描方式。(1)鍵盤掃描程序的功能判別鍵盤上有無(wú)鍵按下。其方法為掃描鍵盤接入口，若全為“1”，則鍵盤無(wú)鍵按下，若不全為“1”，則有鍵按下。去除鍵的抖動(dòng)影響。其方法為判斷到有鍵按下后，軟件延時(shí)一段時(shí)間(一般為10ms左右)后，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確定的鍵按下，否則按鍵抖動(dòng)處理。當(dāng)鍵盤釋放時(shí)，判斷到有鍵釋放也軟件延時(shí)一段時(shí)間，如果仍為鍵釋放狀態(tài)，則認(rèn)為鍵確實(shí)釋放了。求按鍵位置，對(duì)各鍵進(jìn)行逐個(gè)掃描，最后卻定按下的鍵號(hào)。

鍵盤掃描程序流程圖如4-2圖所示。N找到閉合鍵NN閉合鍵釋放返回有鍵閉合開始.建立無(wú)效標(biāo)志鍵盤掃描計(jì)算鍵值延時(shí)去抖掃描鍵盤N找到閉合鍵NN閉合鍵釋放返回有鍵閉合開始.建立無(wú)效標(biāo)志鍵盤掃描計(jì)算鍵值延時(shí)去抖掃描鍵盤建立有效標(biāo)志圖4-2鍵盤掃描程序流程4.3信號(hào)采集部分的程序設(shè)計(jì)因?yàn)榉蹓m濃度是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，通過(guò)粉塵采集器可以將環(huán)境中的粉塵濃度轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)放大器將轉(zhuǎn)換來(lái)的電信號(hào)放大成0~5V的電壓信號(hào)。4.3.1數(shù)據(jù)采集流程圖設(shè)計(jì)粉塵數(shù)據(jù)采集模塊流程圖如圖4-3所示。

_Y_■結(jié)束圖4-3粉塵數(shù)據(jù)采集模塊流程4.4蜂鳴器報(bào)警部分程序設(shè)計(jì)該部分是當(dāng)采集到的環(huán)境中的粉塵濃度大于參考值時(shí)，單片機(jī)就會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，然后采取相應(yīng)措施降低粉塵濃度或者使人員撤離工作現(xiàn)場(chǎng)。該蜂鳴器是通過(guò)P3"口與單片機(jī)相連。圖4-4報(bào)警電路流程設(shè)計(jì)4.5LED1602液晶顯示部分的程序設(shè)計(jì)對(duì)于人機(jī)交互式單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅需要響應(yīng)用戶輸入，同時(shí)也需要將一些測(cè)控信息輸出顯示。這些顯示信息可以提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)或圖形結(jié)果，以便于掌握系統(tǒng)的狀態(tài)并進(jìn)行分析處理。目前，在單片機(jī)中最常用的是LED1602液晶顯示屏。其成本低廉、使用簡(jiǎn)便，可以顯示數(shù)字或幾個(gè)特定的字符。4.5.1顯示流程圖設(shè)計(jì)LED1602液晶顯示流程圖如下圖4-5所示。圖4-5LED1602液晶顯示流程五PM2.5粉塵檢測(cè)儀的測(cè)試結(jié)果及結(jié)論5.1調(diào)試調(diào)試過(guò)程中首先要檢測(cè)的就是硬件電路的設(shè)計(jì)原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡(jiǎn)便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，PM2.5粉塵檢測(cè)電路，控制電路以及單片機(jī)控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對(duì)每個(gè)模塊的進(jìn)行調(diào)試過(guò)程中又采用了由局部到整體，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的調(diào)試方法，最后再將各個(gè)模塊總和成一個(gè)整體。

在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題有:由于在焊電路之前沒有徹底調(diào)查過(guò)電阻的大小對(duì)PM2.5粉塵檢測(cè)電路的影響，導(dǎo)致一直以為傳感器不工作，顯示屏是沒有數(shù)據(jù)顯示，后來(lái)?yè)Q了合適的電阻，數(shù)據(jù)也檢測(cè)出來(lái)了；在解碼程序的編寫過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次的程序修改與硬件調(diào)試，基本上能很好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，智能開啟換風(fēng)機(jī)，及時(shí)改善空氣環(huán)境的功能。解決：對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，如對(duì)單片機(jī)的輸出管腳信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，觀察是否存在漏焊，虛焊，或者元件損壞的現(xiàn)象。若無(wú)此問(wèn)題查看燒寫的程序是否正確無(wú)誤，對(duì)程序進(jìn)行認(rèn)真修改。當(dāng)顯示亮度不好時(shí)阻器的阻值，直到看到合適的亮度為止。經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)調(diào)試與分析，可以對(duì)電路的原理及功能更加熟悉，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)能力與及對(duì)電路的分析能力。同時(shí)在軟件的編程方面得到更到的提高，對(duì)編程能力得到加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)所學(xué)的知識(shí)得到很大的提高與鞏固。如下為硬件實(shí)物圖：PM2.5空氣檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制作-示開關(guān)電源聲光報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)超過(guò)預(yù)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警GP2Y1010AU0F粉塵傳感器每間隔10S更換一次采集濃度值檢測(cè)更準(zhǔn)確PM2.5空氣檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與制作-示開關(guān)電源聲光報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)超過(guò)預(yù)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警GP2Y1010AU0F粉塵傳感器每間隔10S更換一次采集濃度值檢測(cè)更準(zhǔn)確結(jié)論經(jīng)過(guò)一番努力后，粉塵測(cè)試儀設(shè)計(jì)的終于完成。在設(shè)計(jì)該粉塵測(cè)試儀的過(guò)程中，我首先按照粉塵檢測(cè)儀的功能設(shè)計(jì)出其大致的電路電路方框圖，然后分析各個(gè)功能模塊：信號(hào)采集模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、LED1602顯示模塊的。選好材后畫出電路原理圖，再到編寫程序，最后進(jìn)行仿真，這次課題設(shè)計(jì)可以說(shuō)成功完成。說(shuō)到編寫程序是可花了不少功夫，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)需要精確到小數(shù)位的個(gè)位，這個(gè)可給我?guī)?lái)了苦惱，在同學(xué)的幫助下最終解決了這個(gè)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此粉塵測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)后具有讀取方便、顯示直觀、電路簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)前景。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分發(fā)揮了人的主觀能動(dòng)性，自主學(xué)習(xí)，學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識(shí)。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時(shí)遇到了很多的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)靜下心來(lái)思考查資料，和同學(xué)討論，向老師請(qǐng)教，理清了思路，完成對(duì)程序的編寫。通過(guò)設(shè)計(jì)提高了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。通過(guò)實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)，提高軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試能力；通過(guò)這次設(shè)計(jì)熟悉以單片機(jī)核心的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的全過(guò)程，掌握硬件電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)，掌握相關(guān)電路參數(shù)的計(jì)算方法。最終較好的完成了設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的目的。但是由于個(gè)人能力的原因，這個(gè)沒能解決所顯示的數(shù)字有些閃動(dòng)的效果，以及焊接技能需要加強(qiáng)鍛煉在功能方面是顯得非常的簡(jiǎn)單，只實(shí)現(xiàn)了三個(gè)最基本的功能，還有許多不足和可以擴(kuò)展的地方。例如實(shí)現(xiàn)粉塵檢測(cè)系統(tǒng)智能化、人性化等，這些有待以后來(lái)彌補(bǔ)，還望各位老師予以指正和修改。參考文獻(xiàn)何立民?單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：23-24李衛(wèi)東，李鐵軍，劉華，曹福德HG-HC智能煙塵粉塵測(cè)量?jī)x[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2004,董愛華，余瓊芳?煤礦井下粉塵信號(hào)光電檢測(cè)電路的研究J]?儀器儀表學(xué)報(bào)，2003，[5]董曉紅?同步粉塵測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：四川大學(xué).2004梅麗鳳，王艷秋，汪琉鐸，任國(guó)臣?單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009：310-321．唐娟?粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].礦業(yè)安全與保護(hù)，2009：69-74.吳泉英?數(shù)字式粉塵測(cè)試儀中的信號(hào)處理[J].蘇州城建環(huán)保學(xué)院學(xué)報(bào)，1999：89-100

附錄一：系統(tǒng)程序主程序//頭文件#include"STC12c5A.h"#include"1602.h"#include"2402.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//定義按鍵sbitKey_Up_=P3"4;sbitKey_Down=P3"5;//定義風(fēng)扇sbitfs=P2"0;//定義蜂鳴器LED報(bào)警sbitDUST_Warn=P3"3;sbitLED1=P2"3;sbitLED2=P2"4;//定義標(biāo)識(shí)ucharFlagStart=0;sbitLED=P3"2;//全局變量定義，//P「0//固體顆粒的閾值//P「0//固體顆粒的閾值uintCounter;uintDUST_SET;floatDUST_Value;ucharADC_Get[10]={0};//定義AD采樣數(shù)組ucharnum=0;//函數(shù)聲明voidData_Init();voidTimernit();voidADC_Init();0_Init();voidPort_IucharGetADVal(uchar);voidKeyProcess(void);//數(shù)據(jù)初始化voidData_Init(){Counter=0;FlagStart=0;DUST_Value=0;DUST_Warn=1;LED=0;fs=1;}//DS―-185頁(yè)定時(shí)器初始化定時(shí)10msvoidTimerO_Init(){//AUXR=0x80;//Timeworkin1TmodeTMOD=1;TL0=(65536-30000)/256;TH0=(65536-30000)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;}//定時(shí)器0中斷voidTimer0_ISR(void)interrupt1using0{uinti,j;TL0=(65536-30000)/256;TH0=(65536-30000)%256;LED=1;//開啟傳感器的LEDfor(j=0;j〈222;j++);//0.28ms//延時(shí)0.28msADC_Get[num]=GetADVal(ADC);//開啟ADC采集num++;if(num>9){FlagStart=1;num=0;TR0=0;//先關(guān)閉定時(shí)器0EA=0;}//采集10次，關(guān)閉定時(shí)器0，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理//for(j=0;j〈25;j++);LED=0;//關(guān)閉傳感器LED//端口功能設(shè)置voidPort_Init(){P1M0=0x03;//DS—88頁(yè)IO口功能設(shè)置，設(shè)為開漏11P1M1=0x03;//}voidADC_Init()//DS-282頁(yè){P1ASF=0x03;//開啟通道0,1ADC_RES=0;ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;//每次轉(zhuǎn)換需要420個(gè)時(shí)鐘周期delay_ms(10);}//進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得到當(dāng)前8位AD值ucharGetADVal(ucharCH){ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|CH|ADC_START;//delay_ms(1);while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));//等待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//關(guān)閉ADCreturnADC_RES;}//中值濾波//算法：先進(jìn)行排序，然后將數(shù)組的中間值作為當(dāng)前值返回。ucharError_Correct(uchar*str,ucharnum){unsignedchari=0;unsignedcharj=0;ucharTemp=0;//排序for(i=0;i<num-1;i++){for(j=i+1;j<num;j++){if(str[i]<str[j]){Temp=str[i];str[i]=str[j];str[j]=Temp;}}}//去除誤差，取中間值returnstr[num/2];}//存入設(shè)定值將設(shè)定值存儲(chǔ)在24C02中voidSave_Setting(void){ucharSave;Save=DUST_SET/256;IIC_Write(0x00,Save);Save=DUST_SET%256;delay_ms(10);IIC_Write(0x01,Save);}//載入設(shè)定值從24C02中讀取設(shè)定值voidLoad_Setting(){DUST_SET=0;DUST_SET=IIC_Read(0x00);DUST_SET*=256;delay_ms(10);DUST_SET+=IIC_Read(0x01);if((DUST_SET>=760)||(DUST_SET<=0))DUST_SET=100;}//按鍵處理程序voidKeyProcess(void){ucharTemp;uinti,j;Temp=P3;Temp&=0xf0;if(Temp!=0xf0){//延時(shí)//設(shè)定值+//設(shè)定值+//設(shè)定值-//載入設(shè)定值//for(i=0;i<500;i++)//for(j=0;j<254;j++);Temp=P3;Temp&=0xf0;if(Temp!=0xf0){switch(Temp){case0xE0:DUST_SET++;break;case0XD0:DUST_SET--;break;default:break;}//值限定if(DUST_SET>=760)DUST_SET=760;if(DUST_SET<=1)DUST_SET=0;Save_Setting();}}}voidmain(){ucharread;uintDUST;EA=0;//總中斷關(guān)閉Data_Init();//數(shù)據(jù)初始化Port_Init();//端口初始化IIC_Init();LCD_Init();//液晶初始化LCD_Clear();//清屏LCD_Write_String(4,0,"Welcome");LCD_Write_String(0,1,"PM2.5Detector");delay_ms(2000);LCD_Clear();//清屏delay_ms(10);LCD_Write_String(0,0,"PM2.5:mg/m3");LCD_Write_String(0,1,"Alarm:mg/m3");Load_Setting();ADC_Init();//ADC初始化delay_ms(10);Timer0_Init();//定時(shí)器0初始化num=0;DUST=0;FlagStart=0;while(1){if(FlagStart==1)//10次采集完成{DUST二Error_Correct(ADC_Get,10);//求取10次AD采樣的值DUST_Value=(DUST/256.0)*5000;//轉(zhuǎn)化成電壓值MVDUST_Value=DUST_Value*0.172-99.9;//DUST_Value=((DUST)*38)/4-202;////固體懸浮顆粒濃度計(jì)算Y=0.172*X-0.0999if(DUST_Value<0)if(DUST_Value>760)X—采樣電壓VDUST_Value=0;DUST_Value=760;//限位DUST=(uint)DUST_Value;//LCD_Show4(6,0,DUST);LCD_S