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基于单片机的空气质量检测仪的设计与实现

摘要本文主要介绍了基于 arduino 单片机和夏普 GP2Y1010AUOF 粉尘传感

器的空气质量 PM2.5 测量设计系统。该系统通过传感器多次采集空气粉尘浓度

数据，把相应的模拟量传回单片机，系统通过模数转换、滤波算法，最后把检测

到 PM2.5 浓度数值显示到 OLED 显示屏上，如果检测值超过了污染指标，就发

出警报提醒使用者，除此之外，还加入了温湿度和时间，增加了设备的实用性。

该设计对检测空气质量，提高人们的生活质量以及环境意识，促使人们改善环境，

具有重要的意义，因此应用前景非常广泛。

关键词单片机；传感器技术；滤波算法；PM2.5

引言

由种种环境空气污染带来的危害是人所皆知的，人们也越来越渴望有个空气

干净的居住环境，每天都看不到雾霾天气，呼吸新鲜空气。对 PM2.5 进行更深

入细致地研究，可以有助于我们了解身边的空气质量。天气预告往往只能给出某

一个地区的近期空气质量大体情况，带有不少的时间、地域局限性。因此设计出

一款轻便、小巧的 PM2.5、温湿度检测仪对我们实时了解身边空气质量具有重要

的意义和市场价值。

2 总体设计

本设计将单片机与传感器相结合，开发和研究时采用模块化设计的方案，系

统架构图如图 1 所示，实现集成温湿度、空气 PM2.5 监测为一体的环境质量检

测系统。

3 硬件设计

3.1 MCU（微控制单元）

本设计采用 Arduino uno R3 核心板作为开发单片机，是 Arduino USB 接口系

列的最新版，集成了 USB 接口贴片芯片 ATmega16U2 和 ICSP 在线串行编程接

口。其 MCU 是使用 ATMEGA328P-PU 芯片，是一款高性能、低功耗的 8 位 AVR

微处理器。另外最重要的是它分别集成了 6 个独立的 ADC 模拟输入口和 6 个

PWM 数字输出口，这极大地方便了传感器等设备在其身上的应用。

3.2 PM2.5 粉尘传感器

本设计采用的是一款 GP2Yl010AUOF 光学空气质量传感器，其内部结构为

对角安放着红外线發光二极管和光电晶体管，使其能够探测到空气中尘埃反射光

[1]。相对于同类产品 GP2Yl050AUOF 使用串口通信，该传感器更容易调试和拥

有更高的灵敏度，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

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