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基于51单片机空气PM2.5报警器检测仪的设计及制作毕业设计.pdf
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基于51单片机空气PM2.5报警器检测仪的设计及制作毕业设计.pdf
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目录
1
任务与要求
..............................................................................
3
1.1
课题概述
...........................................................................
3
1.1.1
本课题研究的现状
............................................................
3
1.1.
2
本课题研究的内容
............................................................
3
1.1.
3
本课题研究方案
..............................................................
4
1.
2
参数要求
...........................................................................
4
2
PM2.5
报警器测试仪设计与分析
............................................................
5
2.1
设计背景
...........................................................................
5
2.
2
设计目的与意义
...................................................................
5
2.
3
需求分析
一一
设计要求
.............................................................
6
2.
3.1
功能指标要求
...............................................................
6
2.
3.
2
工艺要求
....................................................................
6
2.
4
产品设计实施计划
..................................................................
6
3
方案设计与论证
..........................................................................
7
3.1
设计要求
...........................................................................
7
3.
1.
1
系统概述
....................................................................
7
3.
1.2
系统框图
...................................................................
7
3.
3.
1
主控模块
...................................................................
8
3.
3.
2
显示模块
...................................................................
9
3.
3.
3
键盘模块
...................................................................
9
3.
3.
4
电源模块
....................................................................
9
3.
3.5
A/D
转换器
.................................................................
10
3.
3.
6
灰尘感应模块
...............................................................
10
3.
4
成本预算
..........................................................................
11
4.
1
硬件设计
..........................................................................
12
4.1.1
设计原理图
.................................................................
12
4.
2
软件设计
........................................................................
17
4.
2.1
流程图
.....................................................................
18
4.
2.
2
程序
.......................................................................
20
5
硬件组装与调试
.........................................................................
22
5.1
元器件的选择与测量
..............................................................
22
5.2
元件的焊接与组装
.................................................................
23
5.3
电路的调试
.......................................................................
23
5.
3.
1
调试方法
...................................................................
24
5.
3.2
调试步骤
.................................................................
24
总
结
..................................................................................
26
参考文献
.........................................................................
27
附录
(
成果
)
.............................................................................
29
附录
1
:
系统原理图
.......................................................................
29
附录
2
:
系统
PCB
图
.......................................................................
30
附录
3
:
实物图
............................................................................
31
附录
4
:
程序
..............................................................................
32
1
1
任务与要求
1.
1
课题概述
1.1.1
本课题研究的现状
随着科技的进步
,
中国不少地区把阴霾天气现象并由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
、
PMIO
、
PM01
以及重金属镣神铭铅
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进行分类的
,
粒径小于
100
呻的称为
TSP
(
TotalSuspendedParticle
)
,
即总悬浮物颗粒
;
粒径小于
10
叩的我们
称为
PM10
(
PM
为
ParticulateMatter
缩写
)
,
即可吸入颗粒物
;
粒径小于
2.
5
叩的称为
PM25,
即人肺颗粒物
,
它的直径仅仅相当于人的头发丝粗细的二十分之一
。
虽然
PM2.5
只是地球大气战分中合量很小的组分
,
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留时间长
、
传输距离远
,
对人体健康和大气
环境质量影响大
。
1.1.
2
本课题研究的内容
本课题的研究对象是基于单片机的粉尘颗粒浓度检测仪
,
这里不针对粉尘测定方法做
过多研究
,
重点研究单片机
、
粉尘传感器
、
液晶显示屏幕等各个模块的功能的实现
,
从而
实现系统总体功能
。
使用
GP2Y1010AU0F
灰尘传感器
,
可将结果显示在
1602
屏幕上
,
并可以通过串口接
收数据
。
现在
,
大多采用光射原理和光透原理的测量仪
,
可快速准确得到测量结果
。
随着科学
技术的不断进步和快速发展
,
现代粉尘测试仪的发展更倾向于体积小巧
、
现场操作方便
、
成本低
、
测量准确
、
测量快速
、
稳定性
、
功能多样化的优点
。
本课题是基于单片机的空气
中
PM2.5
检测仪
。
主要用到单片机
、
粉尘传感器和液晶显示器模块
。
通过编程
,
实现对粉
尘悬浮颗粒的检测
,
具有体积占用小
、
携带便捷
、
成本较少
、
测量精确迅速的优点
。
下面
是本文主要解决的几个问题
:
(
1
)
对粉尘检测技术进行研究
。
(
2
)
完成粉尘测试仪的方案设计和系统总体设计
。
(
3
)
完成系统硬件电路设计
。
(
4
)
完成系统软件系统设计
。
(
5
)
实现系统功能
:
实时显示粉尘浓度值
;
通过按键设定报警阀值
;
超过预设浓度时可
以实现报警提
3
1.1.
3
本课题研究方案
本设计测量空气中粉尘浓度采用
GP2Y1010AU0F
传感器
。
采用与粒子计算器
相同原理为基础
,
检测出单位体积粒子的个数
。
GP2Y1010AU0F
传感器具有体积小
、
质量轻
、
简单安装等优势
,
能够灵敏检
测直径
1pm
以上的粒子
,
内部放置的加热器可以实现自动吸入空气的功能
,
使用
过后保养方便简单
,
适合长期保持传感器的特性
。
以往的显示模块多采用数码管
,
虽然数码管显示的亮度高
,
成本低
,
电路简
单,但是数码管一般只适合数字显示
,
占用的
I/O
多
。
而本设计采用的
1602
液晶
显示,具有功耗低
、
体积小
、
质量轻
、
薄等许多的优点
,
最近几年来己被广泛应
用于单片机控制的智能仪器
、
仪表和低功耗电子产品之中
。
1.2
参数要求
将电源开关打开
,
当给一个由测尘原理将粉尘浓度转换得来的
0
〜
5V
的电压
信号时
,
信号经过
ADC0809
转换为八位的二进制数进入单片机
,
经过处理后转变
为三位十进制数通过
I/O
口在数码管上显示出精确数值
。
数值量随输入电压的扰
动而变化
。
同时键盘设定参考值送入单片机
,
当采集的当前粉尘浓度大于参考值
时
,
系统判定单片机驱蜂鸣器和
LED
报警
,
否则显示当前浓度
。
2
PM2.5
报警器测试仪设计与分析
2.
1
设计背景
PM2.5
是指直径小于
2.5
微米的大气颗粒物
(
PM
)
,
约为人发直径的
3%
。
通常用
PM
2.
5
表示
,
该类别的粒子非常小
,
只能用电子显微镜才能检测到
。
它
们甚至比对应的
PM
10
小
,
后者是
10
nm
或更小的颗粒
,
也被称为细颗粒
。
细颗粒可以来自各种来源
。
其中包括发电厂
,
机动车
,
飞机
,
住宅木材燃烧
,
森
林火灾
,
农业燃烧
,
火山喷发和沙尘暴
。
一些气体直接排放到空气中
,
而另一些
气体和颗粒在大气中相互作用时形成
。
例如
,
发电厂排放的气态二氧化硫与空气中的氧气和水滴发生反应
,
形成硫
酸作为二次颗粒
。
由于它们又小又轻
,
因此细颗粒比重颗粒在空气中的停留时间
更长
。
这增加了人类和动物将它们吸入体内的机会
。
由于其微小的尺寸
,
小于
2.5um
的颗粒能够绕过鼻子和喉咙
,
并深入到肺部
,
甚至可能进入循环系统
。
研究发现
,
暴露于细小颗粒与心脏病和肺病过早死亡之间存在密切的联系
。
还已知细颗粒会引发或加剧慢性疾病
,
例如哮喘
,
心脏病发作
,
支气管炎和其他
呼吸道疾病
。
因此
,
粉尘浓度测试仪意义很重大是现代生活中不可或缺的必备品
。
2.
2
设计目的与意义
开发于单片机的
pm2.
5
浓度检测仪的选题充分结合了实际生活应用
,
经历过
本次的毕业设计能够更加的了解和掌握更多实际应用方面的知识
,
从前期的资料
收集
,
再到中期的硬件电路设计
、
编程以及最后阶段的功能调试等各各方向都得
到了系统的锻炼
,
提升了使用自己所学的知识解决实际问题的能力
,
此谓学而时
习之
,
不亦说乎
。
同时基于单片机的
pm2.5
颗粒浓度检测仪的研制可以方便地对
Pm2.5
浓度超标的作业场所及时提出整改意见
,
有效地保证作业人员的人身安
全
。
Pm2.
5
颗粒浓度检测对保护环境
,
防止大气污染
,
具有非常重要的意义
。
2.
3
需求分一设计要求
2.
3.
1
功能指标要求
(
1
)
系统功能
:
数字显示当前
pm2.
5
浓度
每间隔
5S
更换一次采集浓度值
按钮输入参考标准值
,
超过参考值标准值时进行报警
;
(
2
)
主要技术指标
:
环境温度
:
0°C
〜
70C
测量精度
:
±5%
电压输入范围
:
0V-5V
数据采集周期
:
5s
2-
3.
2
工艺要求
(
1
)
严格按照产品说明书要求操作
;
(
2
)
所有元器件和材料需要检验合格后才可以进行安装
;
(
3
)
通常情况下
,
PCB
板上的导线或元件不能作为抓拿部位
;
(
4
)
安装时勿将异物掉入产品内
,
安装过程中随时注意
;
(
5
)
需进行了电路检查并通过后才可进行安装
;
(
6
)
在通电前需进行短路等电气检查
,
确保无误后才可通电
,
并随时注意
安全
。
2.
4
产品设计实施计划
(
1
)
根据任务书的任务要求
,
分析完成任务的所需的知识
、
技能
,
查阅相
关文献资料
,
整理思路
,
以备毕业设计方案
。
(
2
)
根据掌握的专业技能和新技术
、
新材料等知识撰写毕业设计方案
:
整
理设计思路
,
构思技术路线
,
列出完成毕业设计的相关工具
。
<3
)
对系统方案
、
参数计算
、
元器件选型
、
数据进行整理
。
(
4
)
PM2.5
报警器测试仪的硬件与软件进行制作与调整
。
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黑色的迷迭香
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