王子逸 趙靜雅 高震宇

摘要：伴隨著工業(yè)化的過程不斷推進(jìn)，工業(yè)污染不斷侵蝕著我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境，大氣污染、水質(zhì)污染等污染不斷發(fā)生，隨著各種各樣的污染的擴(kuò)大，人民也越來越多的關(guān)注到自己的日常生活環(huán)境，各種監(jiān)測(cè)儀器也隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，被研發(fā)出來，繼而推進(jìn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)。本文設(shè)計(jì)了一款空氣質(zhì)量檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前PM2.5及一氧化碳濃度；可設(shè)置PM2.5及一氧化碳濃度報(bào)警值；可緊急報(bào)警和手動(dòng)取消緊急報(bào)警功能；當(dāng)檢測(cè)到PM2.5及一氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。以達(dá)到日?？諝赓|(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，從而使人們?cè)诳諝赓|(zhì)量惡化時(shí)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：空氣污染報(bào)警；PM2.5；傳感器技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）14-0264-02

1引言

空氣污染是很復(fù)雜的現(xiàn)象，其中有很多因素都會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量造成污染。例如：汽車的尾氣、大型船只產(chǎn)生的廢氣、工廠排放、生活燃煤、垃圾焚燒、鍋爐的廢氣都是大氣污染的主要原因。大氣的污染對(duì)人體健康的危害極大，因此，人類開始利用各種科學(xué)技術(shù)手段來探測(cè)環(huán)境，以便找到相應(yīng)改善環(huán)境的措施。

本設(shè)計(jì)主要利用芯片微機(jī)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)，將粉塵傳感器、一氧化碳傳感器結(jié)合數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，再通過單片機(jī)技術(shù)的相關(guān)運(yùn)用，從而達(dá)到空氣質(zhì)量檢測(cè)的目的。

2 設(shè)計(jì)意義

如今空氣污染越來越嚴(yán)重，其帶來最明顯、最主要的便是霧霾天氣。而霧霾天氣的出現(xiàn)，不僅給交通系統(tǒng)帶來危害，更會(huì)嚴(yán)重影響人體的健康安全。空氣污染物的種類十分復(fù)雜，其中一類主要污染物便是PM2.5，即可吸入顆粒物。PM2.5粒子直徑小，易于擴(kuò)散，易附帶有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)，基于其上述特點(diǎn)，PM2.5對(duì)大氣造成的污染尤為嚴(yán)重。除了可吸入顆粒物污染外，一氧化碳對(duì)健康的危害也是絕對(duì)不容忽視的。一氧化碳為無色、無味的氣體，因此極其不易被人們察覺，但一氧化碳具有很高的毒性，一旦經(jīng)呼吸道吸入人體，會(huì)導(dǎo)致人體組織缺氧，發(fā)生中毒。因此及時(shí)獲取準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量情況越來越重要，它直接關(guān)乎人類的生存健康問題。但國內(nèi)大多數(shù)環(huán)境檢測(cè)裝置都置于室外，無法移動(dòng)，并且造價(jià)高昂。而通過網(wǎng)絡(luò)獲取的空氣質(zhì)量地區(qū)太寬泛，不夠具體?；谝陨显?，考慮到家庭實(shí)際應(yīng)用條件，設(shè)計(jì)出一款小型、家用的空氣污染報(bào)警器來填補(bǔ)這一空缺是很有必要的。本文設(shè)計(jì)了一款適合家用的空氣污染報(bào)警器，該設(shè)計(jì)是以單片機(jī)和傳感器以及采集芯片為核心設(shè)計(jì)出的一款報(bào)警器，同時(shí)具備PM2.5（可吸入顆粒物）報(bào)警與一氧化碳等可燃?xì)怏w報(bào)警的功能。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單高效、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保，可實(shí)時(shí)檢測(cè)家庭生活環(huán)境中的空氣污染物含量，并可自行設(shè)置報(bào)警數(shù)值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警功能。本空氣污染報(bào)警器的核心器件選用的是STC89C52的單片機(jī)、MQ-9的一氧化碳傳感器和GP2Y1014AU粉塵傳感器。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本空氣污染報(bào)警器的硬件系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)、空氣污染物采集部分、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換部分以及顯示部分等。該系統(tǒng)通過傳感器電路檢測(cè)PM2.5及一氧化碳濃度信息，AD模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，最后顯示在液晶顯示器上。

本報(bào)警器最終確定采用由夏普GP2Y1010AU0F粉塵傳感器測(cè)量空氣粉塵濃度，MQ-9一氧化碳傳感器檢測(cè)空氣中的一氧化碳濃度值，以ADC08332作為AD轉(zhuǎn)換，再由STC89C52單片機(jī)為控制中心處理數(shù)據(jù)，最后在LCD顯示屏上實(shí)時(shí)顯示PM2.5及一氧化碳的濃度值。當(dāng)空氣中污染物的濃度達(dá)到所設(shè)報(bào)警濃度時(shí)，聲光自動(dòng)報(bào)警。

民用粉塵傳感器主要有兩種，即紅外粉塵傳感器和激光粉塵傳感器。其中紅外粉塵傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；激光粉塵傳感器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，檢測(cè)精度高，但價(jià)格相對(duì)昂貴?；诮?jīng)濟(jì)實(shí)用的考慮，本設(shè)計(jì)中采用的粉塵傳感器GP2Y1010AU0F是的一款光學(xué)粉塵濃度檢測(cè)傳感器。此傳感器內(nèi)部成對(duì)腳分布的紅外發(fā)光管和光電晶體管，利用光敏原理來工作。依靠輸出脈沖的高度來判斷顆粒濃度。即紅外發(fā)光二極管發(fā)射出光線遇到粉塵會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)吸收部分照射光的能力。接收傳感器檢測(cè)到光強(qiáng)，輸出信號(hào)，光強(qiáng)的大小和經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)強(qiáng)弱成正比，通過測(cè)得電信號(hào)就可以求得相對(duì)衰減率，進(jìn)而就可以測(cè)定待測(cè)場(chǎng)里粉塵的濃度，從而根據(jù)輸出信號(hào)光強(qiáng)的大小判斷粉塵的濃度。

一氧化碳傳感器MQ-9是采用氣敏材料二氧化錫制成。二氧化錫在清潔的空氣中具有較低的電導(dǎo)率，當(dāng)空氣中的一氧化碳濃度增加時(shí)，其電導(dǎo)率值也會(huì)隨之增大。同時(shí)，除了可以檢測(cè)一氧化碳外，對(duì)于其他可燃性氣體，如甲烷等，也會(huì)導(dǎo)致其電導(dǎo)率變化。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)于檢測(cè)一氧化碳及甲烷等可燃?xì)怏w，MQ-9傳感器具有較高的靈敏度。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本空氣污染報(bào)警器采用STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的控制。其軟件設(shè)計(jì)部分主要包括系統(tǒng)的初始化、驅(qū)動(dòng)粉塵檢測(cè)傳感器，采集傳感器的輸出電壓，根據(jù)采集到的相應(yīng)傳感器的電壓值大小，通過擬合關(guān)系，由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，從而在液晶顯示器上實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)前空氣中的污染物濃度值。

4 結(jié)論

本空氣污染報(bào)警器能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)空氣中的PM2.5濃度及一氧化碳濃度，并通過LCD液晶顯示屏顯示出來，同時(shí)可根據(jù)用戶需求設(shè)置PM2.5及一氧化碳濃度報(bào)警值，當(dāng)檢測(cè)到空氣中的PM2.5及一氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。如今，隨著科技的不斷進(jìn)步和生活水平的不斷提高，人們對(duì)生存環(huán)境的關(guān)注程度日益增強(qiáng)，其中實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)的空氣污染報(bào)警系統(tǒng)必將有更加廣泛的應(yīng)用及更加廣闊的發(fā)展前景。

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